Проектирование абсорбера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование абсорбера

Содержание

• Введение
• 1. Теоретические основы процесса
• 2. Технологический расчет
• 2.1 Определяем массу поглощаемого вещества и поглотителя
• 2.2 Расчет концентраций построение графика абсорбции
• 2.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
• 2.4 Расчет высоты абсорбера
• 3. Гидравлический расчет
• 4. Механический расчет
• 4.1 Расчет штуцеров
• 4.2 Определение толщины стенки
• 4.3 Эллиптической крышки (днище) аппарата
• 4.4 Расчет фланцевого соединения
• 4.5 Расчет опор, вес насадки
• 5. Технолологическая безопасность
• Заключение
• Список использованных источников
• 
• Введение
• Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты; очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
• Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Как правило, физическая абсорбция не сопровождается существенными тепловыми эффектами. Еcли при этом начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую. С этого наиболее простого случая начнем рассмотрение расчета процесса абсорбции.
• Основная сложность при проектировании абсорберов заключается в правильном выборе расчетных закономерностей для определения кинетических коэффициентов из большого числа различных, порой противоречивых, зависимостей, представленных в технической литературе. Расчеты по этим уравнениям, обычно справедливым для частных случаев, приводят зачастую к различающимся, а иногда к заведомо неверным результатам. Рекомендуемые здесь уравнения выбраны после тщательного анализа и сравнительных расчетов в широком интервале переменных, проверки адекватности расчетных данных опытом, полученным на реальных системах. абсорбционный поглотитель аппарат концентрация
• В данной главе приведены примеры расчетов насадочного и тарельчатого абсорберов по основному кинетическому уравнению массопередачи. Другие методы рассмотрены в гл. 6 на примере расчета ректификационных колонных аппараты

• 1. Теоретические основы процесса
• Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс - выделение поглощенного газа из поглотителя - называется десорбцией.
• В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (например, для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.), для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, при очистке их от ацетилена), для санитарной очистки газов (например, отходящих газов от сернистого ангидрида) и т. д.
• Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты; очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
• Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Как правило, физическая абсорбция не сопровождается существенными тепловыми эффектами. Еcли при этом начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую.
• Физическую абсорбцию осуществляют, как правило, при температуре окружающей среды (20-40°С) или при пониженных температурах, т.к. растворимость хорошо растворимых газов возрастает с уменьшением температуры. Кроме того, при снижении температуры уменьшается растворимость плохо растворимых газов, т.е. увеличивается селективность и снижаются потери плохо растворимого компонента и загрязнение им извлекаемого газа, а также уменьшаются давление паров абсорбента и его потери.
• При химической абсорбции увеличение температуры приводит к значительному росту коэффициентов массопередачи и, помимо этого, к возрастанию растворимости множества абсорбентов в разбавителях, а следовательно, к увеличению до определенного предела общей поглотительной способности абсорбента.
• При физической абсорбции с повышением парциального давления поглощаемого компонента поглотительная способность абсорбента почти всегда увеличивается приблизительно пропорционально парциальному давлению или концентрации газобсорбция. Поэтому количество циркулирующего абсорбента почти не зависит от концентрации извлекаемого газа в исходной газовой смеси. При химической абсорбции характер изменения растворимости газа с ростом его парциального давления сильно зависит от константы равновесия реакции и степени превращения абсорбента. В результате при увеличении концентрации извлекаемого газа количество циркулирующего абсорбента возрастает.
• Физическая абсорбция, как правило, наиболее эффективна при грубой очистке от больших количеств газа под давлением. Химическую абсорбцию чаще всего применяют при извлечении малых количеств примесей и при тонкой очистке; при этом обычно существенно выше селективность абсорбента, ниже количество циркулирующего раствора вследствие большой поглотитительной способности, меньше расход электроэнергии, но выше расход теплоты.
• 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 колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах), при этом газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступнях (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.
• Выбор типа абсорбера.
• Все перечисленные типы абсорберов имеют свои достоинства и недостатки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.
• Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками - дополнительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости
• Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, расходе жидкости, кроме того в барботажных абсорберах легко осуществить отвод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление.
• Абсорберы - аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы. Подобно другим процессам массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы условно разделяются на следующие 4 группы:
• - поверхностные и пленочные;
• - насадочные;
• - барботажные (тарельчатые);
• - распыливающие.
• Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов. В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того, чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорберы в сосуды с проточной водой.
• Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: трубчатые абсорберы, абсорберы с плоско - параллельной или листовой насадкой, абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.
• Насадочные абсорберы. Одним из наиболее распространенных абсорберов поверхностного типа является насадочный колонный аппарат. Он отличается простотой устройства и пригодностью к работе с агрессивными средами. Его применение допустимо как в тех случаях, когда массообмен контролируется диффузионным сопротивлением жидкой фазы, так и тогда, когда решающим является сопротивление газовой фазы. Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхность соприкосновения газа и жидкости. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах - только по высоте элемента насадки.
• Барботажные (тарельчатые) абсорберы. Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. В барботажных абсорберах газ выходит из большого числа отверстий и барботируется через слой жидкости либо в виде отдельных пузырьков (при малых скоростях газа), либо в виде струй (при повышенных скоростях газа), переходящих все же в поток пузырьков на некотором расстоянии от точки истечения газа. В результате образуется газожидкостная (гетерогенная) система нижняя часть, которой состоит из слоя жидкости с распределенными в ней газовыми пузырьками, средняя - из слоя ячеистой пены, а верхняя - из зоны брызг, возникающих при разрыве оболочек уходящих газовых пузырей. Высоты этих слоев изменяются со скоростью газа; с ее возрастанием уменьшается нижний слой и увеличивается средний (в пределах зависящих от физических свойств жидкости).
• Структуру газожидкостного слоя можно охарактеризовать его высотой, газосодержанием и размером газовых пузырьков. При истечении газа из одиночного затопленного отверстия с определенным диаметром, скорость которого ниже известного предела образуются одиночные свободно всплывающие пузырьки, диаметр которых, в рассматриваемом режиме, не зависит от расхода газа. Заметим, однако, что при интенсивном истечении газа образуются пузырьки различных размеров, которые при подъеме обычно деформируются, приобретая эллипсоидальную и полусферическую форму. Кроме того, газовые пузырьки имеют вертикальную траекторию движения (иногда даже спиральную).
• Уровень жидкости при ее движении вдоль барботажной тарелки на пути от входа до перетока понижается на некоторую величину, вследствие гидравлического сопротивления. Это приводит к неравномерному распределению газового потока по сечению абсорбера; большие количества газа будут проходить там, где высота слоя жидкости меньше.
• Площадь живого сечения переточного устройства (трубы, сегмента) определяется по объемному расходу жидкости и ее скорости, принимаемой во избежании захвата газа не выше 0,10 - 0,12 м/с.
• Тарельчатые колонны удобны для крупнотоннажных производств при относительно малых расходах жидкости, недостаточных для равномерного смачивания насадки, а также для процессов, сопровождающихся колебаниями температуры, так как периодическое расширение и сжатие корпуса может разрушить хрупкую насадку. На тарелках проще установить змеевики для подвода и отвода теплоты. Тарельчатые колонны также применяются при обработке потоков с твердыми примесями или при выделении твердого осадка.
• По способу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны с тарелками со сливными устройствами и без них.
• Тарельчатые колонны со сливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств - сливных трубок, карманов и др. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство.
• К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные, балластные и пластинчатые.
• Гидродинамические режимы работы тарелок. В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают три основных гидродинамических режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный, струйный, или инжекционный. Эти режимы отличаются структурой барботажного слоя, которая в основном определяет его гидравлическое сопротивление и высоту, а также поверхность контакта фаз.
• Пузырьковый режим. Наблюдается при небольших скоростях газа, когда он движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз на тарелке невелика.
• Пенный режим. С увеличением расхода газа выходящие из отверстия и прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления барботажного слоя с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает газожидкостная дисперсная система - пена, которая является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения подачи газа. В указанном режиме контактирование газа и жидкости происходит на поверхности пузырьков и струй газа, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботажным слоем при выходе пузырьков газа из барботажного слоя и разрушении их оболочек.
• Струйный (инжекционный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа длина газовых струй увеличивается, и они выходят на поверхность барботажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Поверхность контакта фаз в условиях такого гидродинамического режима резко снижается.
• Ситчатые тарелки. Газ проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Газ должен двигаться с определенной скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание жидкости через отверстия тарелки. Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в широком интервале скоростей газа, причем в определенном диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну. Разновидностью абсорберов с ситчатыми тарелками являются пенные абсорберы.
• Колпачковые тарелки. Газ барботирует через жидкость, выходя из прорезей колпачков, расположенных на каждой тарелке. В прорезях газ дробится на мелкие струйки, которые на выходе из прорези почти сразу поднимаются вверх и, проходя через слои жидкости на тарелке, сливаются друг с другом (рисунок 1).
• 1 - тарелка; 2 - патрубки; 3 - колпачки; 4 - переливные трубы
• Рисунок 1.1 - Колонна с колпачковыми тарелками
• В колонне с колпачковыми тарелками находятся тарелки 1, с патрубками 2, закрытые сверху колпачками 3. Нижние края колпачков снабжены зубцами или прорезями в виде узких вертикальных щелей. Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переливные трубы 4. Уровень жидкости на тарелке соответствует высоте, на которую верхние концы переливных труб выступают над тарелкой. Чтобы жидкость перетекала только по переливным трубам, а не через патрубки 2, верхние концы патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше верха прорезей.
• Газ проходит по патрубкам 2 в пространство под колпачками и выходит через отверстие между зубцами или через прорези в колпачках, барботируется в слой жидкости.
• Чтобы газ не попадал в переливные трубы и не препятствовал, таким образом, нормальному перетоку жидкости с тарелки на тарелку, нижние концы переливных труб опущены под уровень жидкости. Благодаря этому создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через переливные трубы.
• Колпачковые тарелки менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Для нормальной работы колпачковых тарелок необходимо, чтобы все прорези в колпачках были открыты для равномерного прохода газа. Это условие достигается при скорости движения газа больше чем 0,6 м/с.
• Клапанные тарелки. Принцип действия состоит в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан с изменением расхода газа своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа и тем самым поддерживает постоянной скорость газа при его истечении в барботажный слой. При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно.
• Балластные тарелки. Отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким круглым клапаном и кронштейном-ограничителем установлен на коротких стойках, опирающихся на тарелку, более тяжелый, чем клапан, балласт. Клапан начинает подниматься при небольших скоростях газа. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упирается в балласт и затем поднимается вместе с ним. Балластные тарелки отличаются более равномерной работой и полным отсутствием провала жидкости во всем интервале скоростей газа.
• Достоинства клапанных и балластных тарелок: сравнительно высокая пропускная способность по газу и гидродинамическая устойчивость, постоянная и высокая эффективность в широком интервале нагрузок по газу. Последнее достоинство является особенностью клапанных и балластных тарелок по сравнению с тарелками других конструкций. К недостаткам этих тарелок следует отнести их повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана или балласта.
• Пластинчатые тарелки. Эти тарелки, в отличие от тарелок, рассмотренных выше, работают при однонаправленном движении фаз, то есть каждая ступень работает по принципу прямотока, что позволяет резко повысить нагрузки по газу и жидкости, в то время как колонна в целом работает с противотоком фаз. Достоинства пластинчатых тарелок: низкое гидравлическое сопротивление, возможность работы с загрязненными жидкостями, низкий расход металла при их изготовлении. Недостатки: трудность отвода и подвода тепла, снижение эффективности при небольших расходах жидкости.
• Описание технологической схемы абсорбции
• Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в барботажный абсорбер А с ситчатыми тарелками. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздушная смесь. При взаимодействии фаз аммиак растворяется в воде и воздух очищается. Вода насыщенная аммиаком самотеком поступает в приемную емкость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.
• Рисунок 1.2 - Технологическая схема абсорбции
• Так как водный раствор ацетилена при температуре 15°С является коррозионно-активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600°С [4с59].
• 
• 2. Технологический расчет
• Тема проекта: Тарельчатый абсорбер для поглощения ацетилена водой из гозовоздушной смеси производительностью 1200 мі/час. Рабочее давление 0,8МПа, рабочая температура 15°С, объемные концентрации ацетилена в газовоздушной смеси: на входе в колонну - 9%, на выходе 0,9%.
• На рис. 2.1 показана схема движения материальных потоков. При обозначениях концентраций Y и Х значок (1) относится к стороне входа в абсорбер, значок (2) - к стороне выхода газа из абсорбера.
• Рисунок 2.1 - Схема движения материальных потоков.
• 2.1 Определяем массу поглощаемого вещества и поглотителя
• кг ацетилена/кг воздуха,
• кг ацетилена /кг воздуха,
• где М_С = 26/кмоль - молярная масса ацетилена [2 стр. 513 табл.V]
• М_В = 29 кг/кмоль - молярная масса воздуха [2 стр. 513 табл.V]
• по условию. Коэффициент распределения
• кПа [4 cтр. 24 табл. I-4] - коэффициент Генри для ацетилена при , МПа =800кПа - давление в абсорбере
• Уравнение равновесной линии
• [1c. 190]
• кг ацетилена/кг воды.
• Отсюда
• кг ацетилена/кг воды.
• - коэффициент избытка для жидкости принимаем =1,25 [4]
• Расход газовой смеси:
• ,
• где - плотность воздуха при температуре Т=15єС и атмосферном давлении
• кг/мі;
• =273К, =0,1МПа - нормальные условия
• кг/с
• Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
• ,
• кг/с.
• Расход поглотителя (воды):
• кг/с.
• 2.2 Расчет концентраций построение графика абсорбции
• Расчет движущей силы процесса:
• Определяем движущую силу внизу аппарата:
• кг ацетилена /кг возд.
• Определяем движущую силу вверху аппарата:
• кг ацетилена /кг возд.
• Средняя движущая сила определится:
• кг ацетилена /кг возд.

Рисунок 2.2 - Равновесная и рабочая линии абсорбции

• 2.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны высчитывается по формуле:

где - плотность воды при температуре 15°С, кг/мі

=0,075 - коэффициент для ситчатых тарелок выбираем по графику [2 стр. 323 рис. 7.2]

м/с

Диаметр аппарата будет равен:

м

Принимаем м

Уточнение скорости газовой смеси в аппарате:

Площадь поперечного сечения

[1c. 197]

Характеристика стандартной тарелки :

Тарелка ТС-500

Рабочее сечение тарелки - 0,089 м²;

Диаметр отверстий - 5 мм;

Шаг отверстий - 12 мм;

Относительное свободное сечение тарелки - 10%

Сечение перелива - 0,1 м²;

Периметр слива, L_c - 0,4 м;

Масса тарелки 10 кг.

• 2.4 Расчет высоты абсорбера

Высота светлого слоя жидкости:

h₀ = 0,787q^0,2h_пер^0,56w_г^m[1 - 0,31exp(-0,11м_x)]

где h_пер = 0,04 м - высота переливной перегородки;

q - линейная плотность орошения;

м_х = 1,155 мПа•с - вязкость воды при 20 єС [1c,537]

m = 0,05 - 4,6h_пер = 0,05 - 4,6•0,04 = -0,134

q = Q/L_c = 0,315/0,4 = 0,79 м³/м•с

Q = L/с_ж = 314,5/999 = 0,315 м³/с - объемный расход воды

h₀ = 0,787•0,79^0,2•0,04^0,56•1,7^-0,134[1 - 0,31exp(-0,11•1,155)] = 0,084 м

Плотность орошения:

U = L/с_жS_к

где S_к - площадь колонны;

U = 314,5/998•0,196 = 1,6 м³/м²•с

Газосодержание барботажного слоя:

е = Fr^0,5/(1+Fr^0,5)

где Fr - критери Фруда:

Fr = w²/gh₀ = 1,7²/9,81•0,084 =3,5

е = 3,5^0,5/(1+3,5^0,5) = 0,65

Вязкость газовой смеси:

Динамический коэффициент вязкости паров ацетилена при 0 градусов

[2. cтр. 513 табл.V]

Постоянная Сутерленда С=198

Динамический коэффициент вязкости паров ацетилена при t

Динамический коэффициент вязкости воздуха при 0 градусов

[2. cтр. 513 табл.V]

С=124

Динамический коэффициент вязкости воздуха при t

Динамический коэффициент вязкости смеси

Молекулярная масса смеси

кг/кмоль

Расчет коэффициентов массоотдачи.

Коэффициенты молекулярной диффузии в газовой фазе

смі/атом - мольный объем ацетилена [4 стр. 70, табл. II-1], =29,9 смі/атом - мольный объем воздуха [4 стр. 70, табл. II-1]

- давление в кгс/смІ

Определяем коэффициент массопередачи в газовой фазе

м/с.

Выразим коэффициент массоотдачи в выбранной размерности

[1c. 200]

Определение коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе

Параметр ассоциации молекул растворителя вода

Коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой фазе

Определяем коэффициент массопередачи в жидкой фазе

м/с.

Выразим коэффициент массоотдачи в выбранной размерности

[1c. 200]

Коэффициент массопередачи по газовой фазе

[1c. 200]

Определение поверхности массопередачи и высоты насадки

Поверхность массопередачи

мІ [1c. 201]

Рабочая площадь тарелки:

f = ц · 0,785 · d² = 0,9•0,785•0,5² = 0,18 м²

где ц = 90% - доля рабочей площади тарелки.

Требуемое число тарелок:

n = F/f = 3,5/0,18 = 19,4 шт

Принимаем 20 тарелок

Высота колонны:

Н = Н_т(n-1)+Z₁+Z₂

где Н_т = 0,5 м - расстояние между тарелками;

Z₁ = 1,6 м - высота сепарационного пространства;

Z₂ = 2,8 м - высота кубового пространства.

Н = 0,5(20-1)+1,6+2,8 = 13,9 м

• 
• 3. Гидравлический расчет
• Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле:
• где - гидравлическое сопротивление тарелки, Па
• Полное гидравлическое сопротивление тарелки складывается из трех слагаемых:
• Гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитываем по уравнению:
• Значение коэффициента сопротивления о сухой ситчатой тарелки равно 1,85, получим.
• мІ - свободное сечение [1 стр. 217]
• Па
• Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелках различно для верхней и нижней частей колонны:
• Па
• Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно
• Па
• где кг/сІ - поверхностное натяжение воды при температуре 15°С [2 с. 537. табл. XXXIX]
• Тогда полное сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны равно:
• Па
• Полное гидравлическое сопротивление колонны

Па

• 
• 4. Механический расчет
• 4.1 Расчет штуцеров
• Для расчетов диаметров штуцеров и труб служит следующее уравнение:
• где: - рекомендуемая среднерасходная скорость перемещения среды в штуцере, м/с.
• Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода
• жидкой смеси (рекомендуемая скорость движения жидкости - 1,5 м/с):.
• мм
• Примем штуцер с Dy = 150 мм с толщиной стенки 2 мм /2/.
• Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода газовой смеси (рекомендуемая скорость движения газа - 20 м/с):
• мм
• Примем штуцер с Dy = 150 мм с толщиной стенки 4 мм /2/.

• 4.2 Определение толщины стенки
• 1. Обечайки аппарата, работающие под внутренним давлением
• Выбираем хромникелевую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72;
• Наибольшая температура среды в аппарате ;
• Расчетная температура стенки ;
• Допускаемое напряжение на растяжение ; (6 рис. IV c 176)
• Рабочее давление р = 0,8 МПа;
• Коэффициент прочности сварного шва, при 100% контроле сварного шва
• ручная дуговая электросварка (6 с. 77)
• Проницаемость среды в материал (скорость коррозии)м/год (3 с. 76)
• Срок службы аппарата лет.
• Прибавка к расчетной толщине стенки для компенсации коррозии
• м/год
• Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки
• условие соблюдается (6 т. 15.6 с. 413)
• м
• Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки 6 мм
• Проверка
• условие соблюдается
• Допускаемое давление
• МПа (6 с. 77)
• условие соблюдается
• 4.3 Эллиптической крышки (днище) аппарата
• Коэффициент ослабления днища отверстиями
• Если <, то
• Рабочая толщина стенки крышки (днища)
• условие соблюдается
• м
• Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки 4мм
• Проверка
• условие соблюдается
• Допускаемое давление
• МПа
• условие соблюдается
• 4.4 Расчет фланцевого соединения
• Фланцевые соединения применяют для разъемного соединения составных частей корпусов и крышек. На фланцах присоединяют к аппаратам трубы, арматуру
• Выбираем стандартный фланец
• D=500мм и Ру = 1МПа
• [6 стр. 235] ГОСТ 28759.2-90

Dф	Dб	D1	D2	D3	h	a	a1	s	d	число отв. z
мм
640	600	564	572	563	25	13,5	12	8	23	24

• Проверяем прочность фланцевого соединения по количеству болтов
• Наружный диаметр прокладки
• м.
• Нормативный параметр е = 0,034 м.
• Выбираем прокладку из паронита тип I. Определяем действительную ширину прокладки: b = 0,016 м (6 т. 1.42 с. 96)
• Средний диаметр прокладки
• м
• Эффективная ширина прокладки
• Если b15 мм, то м, если b>15 мм, то
• k =2,5 - коэффициент для паронита
• Расчетная сила осевого прижатия прокладки прямоугольного сечения
• Расчетное растягивающее усилие в болтах при рабочих условиях
• Количество болтов
• шт
• Где
• - площадь болта М20
• мІ
• =80 МПа - допускаемое напряжение материала болта [6]
• Таким образом, расчетное число болтов оказывается меньше принятого, следовательно фланец нагрузку выдержит
• 4.5 Расчет опор, вес насадки

Определим максимальный вес аппарата:

Масса тарелок

кг

кг

Масса обечайки

кг

Масса воды в аппарате

кг

Общая масса аппарата

кг

Общий вес аппарата

Р = m?g = 4266 ? 9,81 = 41849 Н = 0,041 МН

Выбираем юбочную опору тип 3 [6 стр. 285]

G, МН	D1	D2	Dб	D	s1	s2	s3	ds	dб	число болтов
	мм
до 0,25	700	450	620	500	6	20	12	28	М24	6

Рисунок 3 - Юбочная цилиндрическая опора с кольцевым опорным поясом

• 
• 5. Технолологическая безопасность
• Сосудами, работающими под давлением, называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением.
• Основная опасность при эксплуатации таких сосудов заключается в возможности их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров (физический взрыв). При физическом взрыве энергия сжатой среды в течение малого промежутка времени реализуется в кинетическую энергию осколков разрушенного сосуда и ударную волну.
• Особенно опасны взрывы сосудов, содержащих горючую среду, так как осколки резервуаров даже большой массы (до нескольких тонн) разлетаются на расстояние до нескольких сот метров и при падении на здание, технологическое оборудование, емкости вызывают разрушение, новые очаги пожара, гибель людей.
• При взрывах сосудов развиваются большие мощности, приводящие к большим разрушениям. Так, мощность, выделяемая при разрыве сосуда емкостью 1 м³, содержащего воздух под давлением 1,2 МПа (12 кгс/см²) при длительности разрыва 0,1 с составляет 28 МВт.
• Наиболее частые причины аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением - несоответствие конструкции максимально допустимому давлению и температуре; превышение давления сверх предельного; потеря механической прочности аппарата (коррозия, внутренние дефекты металла, местные перегревы); несоблюдение установленного режима работы.
• Конструкция сосудов и аппаратов должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность осмотра, очистки, промывки, продувки и ремонта сосудов. В частности, предъявляются требования к устройству и изготовлению лазов и люков, днищ сосудов, к сварным швам и их расположению и др. Электрическое оборудование и заземление должны отвечать Правилам устройства электроустановок (ПУЭ).
• Сосуды, с внутренним диаметром более 800 мм снабжаются достаточным для их осмотра и ремонта количеством лазов, расположенных в местах, доступных для обслуживания.
• Сосуды, с внутренним диаметром 800 мм и менее должны иметь в доступных местах стенок сосудов круглые или овальные люки.
• Сварные швы сосудов выполняются только стыковыми. Сварные соединения в тавр допускаются для приварки плоских днищ, фланцев, трубных решеток, штуцеров. Пересечение сварных швов при ручной сварке не допускается: они должны быть смещены по отношению один к другому не менее чем на 100 мм.
• Отверстия для люков располагаются вне сварных швов.
• Сварные швы должны быть доступны для контроля при изготовлении, монтаже и эксплуатации сосудов.
• Контроль качества сварных соединений сосудов и их элементов должен производиться:
• а) внешним осмотром и измерением;
• б) ультразвуковой дефектоскопией, просвечиванием, рентгеновскими или гамма-лучами или этими методами в сочетании;
• в) механическими испытаниями;
• г) металлографическим исследованием;
• д) гидравлическим испытанием;
• е) другими методами (стилоскопированием, замерами твердости, травлением, цветной дефектоскопией и т.д.). Результаты контроля сварных соединений фиксируются в соответствующих документах (журналах, картах и др.). Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если в них при любом виде контроля будут обнаружены внутренние или наружные дефекты, выходящие за пределы норм, установленных правилами, техническими условиями на изготовление изделия и инструкциями по сварке и контролю сварных соединений.
• Материалы, применяемые для изготовления сосудов, должны обладать хорошей свариваемостью, а также прочностными и пластическими характеристиками, обеспечивающими надежную и долговечную работу сосудов в заданных условиях эксплуатации.

Материалы, предназначенные для изготовления или ремонта сосудов, должны иметь сертификаты, подтверждающие, что качество материала соответствует требованиям Ростехнадзора, а также специальным техническим условиям.

• 
• Заключение

В данном курсовом проекте была рассчитана тарельчатая абсорбционная установка для поглощения паров ацетилена из воздуха поглотителем водой при температуре 15°С.

В технологическом расчете был произведен выбор абсорбера и конструкции рабочих тарелок, диаметр 500м, высота колонны 13,9м, количество тарелок 20, тарелки - ситчатые.

Представлен гидравлический расчет, по результатам которого сопротивление колонны составит 69691Па. Так же проведены конструктивный расчет штуцеров колонны и механический расчет элементов абсорбера на прочность (крышка, днище, обечайка, лапа).


• Список использованных источников
• 1. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 2014-272с., ил.
• 2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.
• 3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.
• 4. Рамм В.М. Абсорбция газов. М. : Химия, 1975. 655 с.
• 5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 3-е. В 2-х кн.: Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 2002. - 368с.: ил.
• 6. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 2013. - 752 с.
• 7. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: в 2 кн./ В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа, 2003. Кн. 2. 872 с.: ил.
• 8. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. -784 с.
• 9. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов втузов/М.Ф. Михалёв, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин; Под редакцией М.Ф. Михалёва. Л.: Машиностроение, 1984. - 301с., ил.
• 10. Справочник химика. Т. 1, 2-е изд. М. -Л., Химия, 1968, 1072 с.
• Размещено на Allbest.ru