Расчет абсорбционной колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчет насадочного абсорбера

1.1 Определение расхода поглотителя и массы поглощаемого вещества

1.2 Определение движущей силы процесса

1.3 Расчет коэффициента массопередачи

1.3.1 Расчет коэффициента массоотдачи в газовой фазе

1.3.2 Расчет коэффициента массоотдачи в жидкой фазе

1.4 Расчет высоты абсорбера

1.5 Определение высоты насадочного слоя через высоту единиц переноса

1.6 Гидравлическое сопротивление абсорбера

1.7 Гидравлический расчет

1.7.1 Разбивка трубопровода на участки

1.7.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения жидкости в ней

1.7.3 Расчет сопротивления сети трубопровода

1.7.4 Определение требуемого напора насоса и выбор марки насоса

2. Конструктивный расчет

3. Описание технологической схемы производства концентрированной аммиачной воды

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Абсорбция - это процесс избирательного поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив не взаимодействует химически с абсорбентом). Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощаемого газа из раствора - десорбция.

Сочетание абсорбции и десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощаемый компонент в чистом виде. Во многих случаях десорбцию не проводят, т.к. абсорбент и абсорбтив представляют собой дешёвые или отбросные продукты которые после абсорбции можно вновь не использовать.

В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовой смеси и для очистки этих смесей от вредных примесей.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической и пищевой промышленности и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств. Например: абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты, абсорбция HCL в производстве соляной кислоты, абсорбция аммиака водой в производстве аммиака и аммиачных удобрений.

Аппараты, в которых осуществляется абсорбционные процессы. Называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз, поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распылительные.

Широкое распространение в химической и пищевой промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка устанавливается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. насадочный абсорбер массопередача аммиачный

Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигают, что объясняется пристенным эффектом - большей плотностью укладки насадки центре сечения колонны, чем у её стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центра колонны к её стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большего диаметра насадку укладывают слоями (секциями) высотой 2-3м, и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости в виде пустых колец.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки.

В тарельчатых абсорберах контакт между газом и жидкостью обеспечивается специальными устройствами - тарелками, которые в зависимости от скоростей их движения работают в различных гидродинамических условиях: пузырьковом, пеплом или струйном.

Наибольшее распространение в тарельчатых колонных аппаратах нашли колпачковые, сетчатые, клапанные и пластинчатые тарелки.

Все тарельчатые колонные аппараты могут быть с переливными устройствами или без них (провальными).

В соответствии с заданием на проектирование выполнить расчет двух вариантов абсорбера (насадочного и тарельчатого) с целью выбора конструктивного оптимального решения аппарата по предлагаемому параметру оптимизации (d - диаметру абсорбера)

Целью расчета абсорберов будем считать определение их габаритных размеров (высоты и диаметра) и гидравлического сопротивления по газовому потоку.



1. Расчет насадочного абсорбера

Поскольку основной целью расчета является определение высоты и диаметра абсорбера, то необходимо определить скорости фаз и поверхность массопередачи.

Поверхность массопередачи определим из основного уравнения массопередачи:

(1)

где М - масса поглощаемого в-ва, кг/с;

К_х, К_у - коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг(м²с);

- движущая сила абсорбции, выражаемая соответственно в единицах концентраций жидкой и газовой фаз.

В расчетах будем использовать концентрации, выраженные в относительных единицах .

Использование относительных концентраций распределяемого компонента позволяет минимизировать уравнение равновесных концентраций и значительно упростить расчеты.

Нагрузки по фазам соответственно будем выражать в массовых расходах носителей, кг/с.

Для решения уравнения (1) определим М, и



1.1 Определение расхода поглотителя и массы поглощаемого вещества

Массу аммиака (NH₃), переходящих в процессе абсорбции из газовой смеси (Г) в поглотитель (вода) за единицу времени, находят из уравнения материального баланса:

(2)

где L,G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с, - начальная и конечная концентрация жидкости кг/кг; - начальная и конечная концентрации газа, кг/кг.

Выразим составы фаз, нагрузки по газу и жидкости в выбранной для расчета размерности

(3)

где - плотность аммиака при нормальных условиях,

По уравнению (3) получим:



Для выполнения дальнейших расчетов построим линии равновесных и рабочих концентраций рассматриваемого процесса абсорбции.

Уравнение линии равновесных концентраций имеет вид:

(4)

где - относительная концентрация БУ в жидкой фазе М, кмоль/кмоль М; - равновесная соответствующая значению концентрация NH₃ в газе (Г), кг/кг; m - коэффициент распределения, кг/кг (тангенс угла наклона линии равновесия) m = 1,3 [1].

Задаваясь значениями от 0 до 0.05 по уравнению (4) рассчитаем соответствующие им значения равновесных концентраций . Результаты расчета сведем в таблицу 1

Таблица 1. Равновесные составы системы аммиак-вода:

кг/кг	0	0,005	0,01	0,0125	0,015	0,02	0,025
кг/кг	0	0,0065	0,013	0,0162	0,0195	0,026	0,0325

По данным таблицы 1 на - диаграмме [4] строим линию равновесия -прямая 1.

Для построения линии рабочих концентраций АВ - прямая 2 определим конечную концентрацию NH₃ в поглотительном масле , которая обуславливает его расход и влияет на размеры и гидравлическое сопротивление абсорбера.

Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя, который для химических производств в 1,5 раза больше минимального . [1,4].

Из уравнения материального баланса

(5)

откуда

где - концентрация NH₃ в жидкости, равновесная с газом начального состава. По рисунку 1

По уравнению (5)

Из уравнения (5) расход воды (поглотителя) равен:

Удельный расход поглотителя (на 1 кг инертной части газа)

1.2 Определение движущей силы процесса

Движущей силой процесса абсорбции является степень отклонения системы от состояния равновесия. Следовательно, в каждой точке по высоте абсорбера она может быть рассчитана как разность между рабочей и соответствующей ей равновесной концентрациями. Поскольку движущая сила по высоте абсорбера меняется, то для расчета её среднего значения необходимо определить движущие силы по концам абсорбера (внизу и сверху).

Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы [1]:

(6)

где - большая движущая сила; - меньшая движущая сила.

Рис.1-График рабочей и равновесной концентраций.

Значения равновесных концентраций, соответствующих начальной концентраций NH₃ в газе - и конечной концентрации NH₃ в газе - , определим по рисунку 1: , .

Тогда движущие силы по концам абсорбера:

По формуле (6) средняя движущая сила:

.

Определим число ступеней изменения концентрации в абсорбере графическим методом:

Рис.2-График определения числа ступеней изменения концентрации.

Данное значение будем использовать для дальнейшего расчета.

Средняя движущая сила процесса будет равна:



1.3 Расчет коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи К_у зависит от коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе в_х и газовой фазе в_у и связан с ними уравнением [2]:

(7)

(8)

Единицы измерения К_x ,К_у, в_х, в_у - кг/(м²с).

m-тангенс угла наклона линии равновесия.

Коэффициенты массоотдачи имеют одинаковую размерность с коэффициентом массопередачи, хотя физический смысл их другой: коэффициенты массоотдачи в_х (в фазе Ф_х) и в_у (в фазе Ф_у) показывают, какое количество вещества переходит от поверхности раздела фаз в ядро фазы (или в обратном направлении) через единицу поверхности в единицу времени при движущей силе равной единице.

Выбираем керамические кольца Рашига размером 50х50х5 м. Удельная поверхность насадки, а = 90 м³/м³, эквивалентный диаметр d_э = 0,035 м, свободный объем (порозность) , насыпная плотность .

1.3.1 Расчет коэффициента массоотдачи в газовой фазе

Для выбранной деревянной хордовой насадки (регулярная насадка) коэффициент массоотдачи в газовой фазе в_у находят из уравнения [2-3].



(8)

(9)

По формуле (11) коэффициент диффузии в газе:

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке характеризует режим движения газа в каналах насадки (зернистого слоя) и рассчитывается по формуле:

(10)

Из характеристики насадки хордовой деревянной выбираем: , d_э = 0,035м.

Средняя плотность аммиака при нормальных условиях [4]. Пересчитаем плотность газа на условиях в абсорбере по формуле:

(11)

где Т_о = 273^оК - абсолютная температура; - молярная масса смеси;

t = 20^оС, - температура и давление в абсорбере.

По формуле (13)

Вязкость аммиака при температуре t = 20^оС [4]:

Рабочую скорость газа в колонне примем равной , где - предельная скорость газа в колонне, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов.

Предельную скорость газа можно рассчитать по уравнению [1]

(12)

где - вязкость поглотителя при температуре в абсорбере и аммиака при 18^оС соответственно: при t = 20^оС , при t = 20^оС ; L и G - расходы жидкой и газовой фаз, кг/с; L/G = l =4,69 кг/кг; А,В - коэффициенты, зависящие от типа насадки:

А = -0,073, В = 1.75[1]. - плотность аммиака в абсорбере; - плотность воды при условиях в абсорбере.

С учетом вышеперечисленного уравнение (12) примет вид:

или

Отсюда

По формуле (10)

Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы рассчитывается по уравнению



(13)

где - динамическая вязкость, плотность и коэффициент диффузии по газовой фазе, соответственно: .

По уравнению (13)

Коэффициент массоотдачи в газовой сфере по формуле (8)

Выразим в выбранной для расчета размерности по формуле

(14)

где - плотность газа при условиях в абсорбере; - средняя концентрация NH₃ в газе.

По формуле (14)

1.3.2 Расчет коэффициента массоотдачи в жидкой фазе

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят из общего уравнения [4]

(15)



где - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Из уравнения (15) коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

(16)

где D_х - средний коэффициент диффузии NH₃ в каменноугольном масле, м²/с; б_пр - приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м; - модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости; - диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

Для расчета коэффициента диффузии в разбавленных растворах рекомендуется уравнение[4]:

(17)

где - параметр, учитывающий ассоциацию молекул; Т=293 К - температура;

М=18 кг/кмоль - мольная масса воды; =96 см³/моль - мольный объем NH₃; - вязкость воды при условиях в абсорбере.

По уравнению (17)

Приведенную толщину стекающей пленки жидкости рассчитывают по формуле [4]

(18)

где - динамическая вязкость воды при условиях в абсорбере; - плотность воды при условиях в абсорбере ; g = 9.81 м/с² - ускорение силы тяжести.

По формуле (18)

Диффузионный критерий Прандтля рассчитывают по уравнению

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости определяют по формуле:

(19)

где -плотность и вязкость воды при условиях в абсорбере, кг/м³ и Па с; а - удельная поверхность насадки, м²/м³, - плотность орошения, м³/м²с.

Плотность орошения рассчитывают по уравнению:

(20)



где L = 1,65 кг/с ; - плотностьводы; S - площадь сечения абсорбера м.

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода:

где - объемный расход газа при условиях в абсорбере, м³/с; - рабочая скорость газа в абсорбере, м/с.

Объемный расход газа при условиях в абсорбере:

Из нормального ряда диаметров колоны для химической нефтеперерабатывающей промышленности [4] выбираем ближайший диаметр колонны D = 1,65 м. При этом действительная скорость газа в колонне:

По уравнению (20):

Тогда по уравнению (19):

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе по уравнению (18):

Выразим в выбранной для расчета размерности:

По уравнению (7) определяем коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

1.4 Расчет высоты абсорбера

По уравнению (1) поверхность массопередачи в абсорбере:

Высота насадки, необходимая в абсорбере для создания этой поверхности массопередачи:

где - доля активной поверхности насадки (принимаем предварительно)

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой z_H определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера z_В зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны)

По [5] примем эти расстояния равными соответственно 1,4 и 2,5 м. Тогда общая высота одного абсорбера:

1.5 Определение высоты насадочного слоя через высоту единиц переноса

Высота слоя насадки определяется по формуле:

, (21)

Где - высота единицы переноса, м; - общее число единиц переноса.

(22)

Определим высоту единиц переноса:

(23)

По формуле 21 определим высоту слоя насадки:

1.6 Гидравлическое сопротивление абсорбера

Гидравлическое сопротивление ДР обуславливается энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину ДР рассчитывают по формуле [1,3]:

(22)

где - гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па; - плотность орошения, м³/(м²с); - коэффициент, значение которого для различных насадок приведены в [4].

Для деревянной хордовой насадки - 169

Гидравлическое сопротивление сухой насадки определяют по уравнению Дарси-Вейсбаха [4].

(23)

где - коэффициент гидравлического трения; Н - высота насадки в абсорбере, м; d_э - эквивалентный диаметр насадки, м; - скорость газа в свободном сечении колонны, м/с; - плотность газа при условиях в абсорбере.

Значения вышеперечисленных параметров:

d_э = 0,035м, Н = 3,63 м, = 0.8 кг/м³

Скорость газа в свободном сечении колонны (фиктивная скорость):



Для насадки:

По формуле (23):

По формуле (22):

Общее сопротивление системы абсорбера будет больше на величину гидравлических сопротивлений газопроводов, соединяющих абсорберы.

1.7 Гидравлический расчет

Необходимо рассчитать трубопровод и подобрать марку центробежного насоса в схеме.

Вода центробежным насосом 1 из сборника 2 подается в абсорбционную колонну 3. Расход воды V = 1,6510 -³ м³/с. Вода подается по трубопроводу длиной l =l_вс + l_н = 6 + 18 = 24 м. Длина трубопровода от насоса до теплообменника l_н = 18 м, высота всасывания h_вс = 3 м, максимальная высота подъема сока Н = 12 м.

1.7.1 Разбивка трубопровода на участки

Трубопровод состоит из всасывающей и напорной линий (рис. 3.1).

Всасывающая линия - трубопровод от сборника 2 до насоса 1, по которому поступает вода.

Напорная линия:

- участок трубопровода от насоса 1 до абсорбера 3.

1.7.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения жидкости в ней

Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определяются из уравнения расхода по следующей формуле

(24)

где х - средняя скорость движения жидкости, м/с.

Скорость движения жидкости на всасывающем участке трубопровода выбираем из интервала х_вс=0,8-1,1 м/с, примем х_вс=0,8 м/с, по формуле (24) определяем диаметр всасывающего трубопровода

м

Скорость движения жидкости на напорном участке трубопровода от насоса до абсорбера выбираем из интервала х_вс=1,1-1,5 м/с, примем х_вс=1,1 м/с, по формуле (24) определяем диаметр напорного трубопровода

м

Так как для изготовления трубопровода используются стандартные трубы, то расчетные диаметры всасывающего и напорного трубопроводов необходимо округлить до ближайшего размера по государственному стандарту. Учитывая характеристики среды, выбираем по ГОСТ 5632-72 для всасывающего участка трубопровода бесшовную трубу из стали 20 Ш 63х4 d_вс=0,055 м, для напорного участка трубопровода бесшовную трубу из стали 20 Ш 53х4 d_н=0,045 м, эквивалентная шероховатость труб К_экв=0,2 мм.

Уточним скорости движения сока в трубопроводе по следующей формуле

,

где V - объемного расхода жидкости в теплообменнике, м³/с;

d - внутренний диаметр труб, м;

Всасывающий участок трубопровода

м/с.

Напорный участок трубопровода

м/с.

Для установления режима движения жидкости в трубах необходимо рассчитать число Рейнольдса

(25)

где х - скорость движения воды в трубе, м/с;

d - внутренний диаметр трубок, м;

µ - динамическая вязкость воды, Па·с.

Всасывающий участок трубопровода

.

Режим движения жидкости турбулентный.

Напорный участок трубопровода

.

Режим движения жидкости турбулентный.

1.7.3 Расчет сопротивления сети трубопровода

Различают два вида потерь напора: потери по длине и потери в местных сопротивлениях.

Полное гидравлическое сопротивление на каждом из участков (в м),

h=h_тр+h_м.с.(26)

где h_тр - потери по длине, м;

h_м.с. - потери в местных сопротивлениях, м.

Сопротивление трения определим по формуле Дарси-Вейсбаха

h_тр=,(27)

где - гидравлический коэффициент трения;

L - длина трубопровода, м;

d - внутренний диаметр теплообменных труб, м;

х - скорость потока теплоносителя в теплообменнике м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²; g=9,81 м/с²,

Для определения необходимо уточнить, являются ли выбранные трубы шероховатыми или гидравлически гладкими. Для этого сравним абсолютную шероховатость (м) и толщину вязкого подслоя (м).

Абсолютную шероховатость определим по формуле

=(28)

где К_экв - эквивалентная шероховатость выбранных труб, м, принимаем , тогда

=м

Толщину вязкого подслоя определяем по формуле

(29)

где Re - число Рейнольдса,

_гл - значение гидравлического коэффициента трения для гидравлически гладких труб.

При 4000 < Re < 10⁵ значение гидравлического коэффициента трения для гидравлически гладких труб определяется по формуле Блазиуса

.(30)

При Re>10⁵ значение гидравлического коэффициента трения для гидравлически гладких труб определяется по формуле по формуле Конакова

(31)

Для определения л необходимо проверить выбранные трубы на шероховатость, сравнив абсолютную шероховатость ? и толщину вязкого подслоя д. Если д>?, то трубы считаются гидравлически гладкими, если же д<?, то трубы считаются гидравлически шероховатыми и необходим пересчет значения коэффициента гидравлического трения по формуле Френкеля



(32)

Местное сопротивление h_м.с. определяем по формуле Вейсбаха

,(33)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Всасывающий участок трубопровода

Определяем значение гидравлического коэффициента трения для гидравлически гладких труб по формуле (30), 4000<Re=38118<10⁵

.

Рассчитываем значение толщины вязкого подслоя о формуле (29)

м

Так как <, приходим к выводу, что трубы является гидравлически гладкими, поэтому пересчет коэффициента гидравлического сопротивления не требуется.

На рассматриваемом участке трубопровода потери по длине составляют по формуле Дарси-Вейсбаха (27)

h_{тр вс}== м.

На рассматриваемом участке трубопровода 2 местных сопротивления: вход в трубопровод и поворот под углом 90⁰ (о_вх=0,5, о_пов=0,5)

Потери напора в местных сопротивлениях по (33)

м

Суммарные потери напора на всасывающем участке составят по формуле (26)

h_вс=h_{тр вс}+h_{мс. вс}=0,08+0,05=0,13 м.

Напорный участок трубопровода:

Определяем значение гидравлического коэффициента трения для гидравлически гладких труб по формуле (3.13), 4000<Re=45891<10⁵

Рассчитываем значение толщины вязкого подслоя о формуле (29)

м

Так как , приходим к выводу, что трубы является гидравлически гладкими, следовательно л=0,22 10^-3.

На рассматриваемом участке трубопровода потери по длине составляют по формуле (27)



h_{тр 1}== м.

На рассматриваемом участке трубопровода одно местное сопоотивление поворот на 90 ^о (о_пов=0,5)м.

м

Суммарные потери напора на напорном участке от насоса до теплообменника равны

h_н=h_{тр н}+h_м.с.=0,16+0,04 =0,2 м.

?h=h_вс+h_н (34)

?h=0,13+0,2=0,33 м.

1.7.4 Определение требуемого напора насоса и выбор марки насоса

Насос при работе должен сообщать жидкости, протекающей через него, энергию необходимую для ее подъема на определенную высоту, на преодоление разности давлений в накопительной емкости, гидравлических сопротивлений в трубопроводах и аппаратах. Требуемый напор насоса определим по следующей формуле

(35)

где Н - высота подъема жидкости, Н=12 м;

h_вс - величина подпора жидкости, h_вс=3 м;

P_н-Р₀ - разность давления в резервуарах, Па;

?h - общие потери в сети трубопровода и включенных в него аппаратов, м

м

По найденному требуемому напору Н_тр=17,37 м и заданной подаче V=1,6510^-3 м³/с в ряду характеристик V-H насосов типа Х определяем марку насоса, соответствующую этим параметрам.

По заданной подаче V = 1.6510^-3 м³/с и рассчитанному требуемому напору Н_тр=17,37 м выбираем насос АХ 125-80-250А, n=1450 об/мин.

Полученная подача не равна заданной поэтому необходимо отрегулировать работу насоса на сеть изменением числа оборотов насоса.



2. Конструктивный расчет

Для проведения процесса абсорбции аммиака водой из газо-воздушной смеси выбираем насадочный царговый колонный аппарат с насыпной насадкой. колонный аппарат из корпуса с люками и штуцерами для коммуникаций, установленном на опоре.

Выбор способа изготовления корпуса колонны

Корпус колонны собирается из отдельных царг на фланцах с прокладками. Царги представляют собой трубы определенной длины с фланцами по концам.

Материалы обечайки, фланцев и прокладок выбираем по[5]. Для аппаратов, работающих в среде аммиака и растворов аммиака в воде рекомендуются стали Х18Н10Т и ОХ18Н12Б. выбираем сталь Х18Н10Т. Материал прокладок фторопласт 3.

В качестве фланцев выбираем фланцы аппаратные, т. к. при одних и тех же параметрах(температуре, давлении диаметре) в аппарате и материале имеют меньше габариты и металлоемкость по сравнению с фланцами арматурными. Т. к. пары аммиак являются опасными для здоровья человека, а в определенном соотношении с воздухом являются взрывоопасными, то с целью лучшей герметизации фланцевых соединений при сборке царг в колонну выбираем фланцы цельные тип 2.

Основные размеры выбранных фланцев выбираем по [5, табл. 21,12]: D_в=1600 мм; h=60; D_б=1725мм; D_ф=1770мм; количество болтов 32 шт.; диаметр болтов М22.

-для штуцера ввода и вывода газовой смеси:

D_в=150 мм; D_б=225мм; D_ф=260мм; количество болтов 8 шт.; диаметр болтов М16.

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 - 78 [3 c.25], толщина стенки днища ₁ = = 8 мм.

Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами.

Определим толщину стенки колонны:

Номинальное допустимое напряжение для стали марки Х18Н10Т равно у=148 МПа.

Допускаемое напряжение определяется по формуле

(24)

Определим отношение параметров

(25)

где -коэффициент прочности сварного шва;

р - давление в абсорбере, МПа

14,8*1/0,16=92,5

Номинальную расчетную толщину стенки определим по формуле

(26)

где -внутренний диаметр колонны, м

Прибавку к расчетной номинальной толщине стенки на округление до ближайшего большего размера по сортаменту примем равной 0,07мм. Таким образом, окончательную толщину стенки обечайки примем равной

7,93+0,07=8 мм



3. Описание технологической схемы производства концентрированной аммиачной воды

Слабая аммиачная вода из напорного бака НБ через теплообменник Т, в котором она нагревается до 50-60, поступает в диссоциатор Д. Диссоциатор представляет собой тарельчатую колонну, на нижних тарелках которой расположены нагревательные устройства, обогреваемые глухим паром. Эти тарелки не имеют колпачков, а снабжены лишь переливными трубами дли жидкости. Нагрев в диссоциаторе производится до 96-98; при этом происходит разложение карбоната и сульфида аммонии. Верхние тарелки представляют собой обычные барботажные колпачковые тарелки, на которых выходящие из нижней части диссоциатора газы промываются поступающей аммиачной водой. Чтобы уменьшить потери NH3, с газами из диссоциатора, подогретую слабую аммиачную воду подают на одну на средних тарелок верхней части диссоциатора, а на верхнюю тарелку подают холодную аммиачную воду (около 10% от всего количества), направляемую в обход теплообменника. Газы выходят из диссоциатора с температурой 45 ; с ними уходит до 80% всей СО2, и до 50% H2S, содержащихся в слабой аммиачной воде. Потери NH₃ с газами из диссоциатора обычно не превышают 5% от содержания его в слабой аммиачной воде; для улавливания этого аммиака газы из диссоциатора пропускают через орошаемый водой скруббер.

Из диссоциатора аммиачная вода, в значительной степени освобожденная от С0₂ и H2S и подогретая до 96--98°, поступает сверху в дестилляционную колонну ДК, представляющую собой обычную колонну с колпачковыми тарелками. В дестилляционной колонне происходит десорбция летучего аммиака путем его отгонки с подаваемым снизу в колонну острым паром. Освобожденная от аммиака вода выходит из нижней части колонны и направляется в теплообменник Т для подогрева слабой аммиачной воды.

Газы из колонны, имеющие температуру 100--102° и содержащие, кроме аммиака, еще пары H_sO, СО2, и H2S, поступают в дефлегматор ДФ-1, где охлаждаются до 89--92°; при этом часть водяных паров конденсируется, в конденсате растворяется некоторое количество аммиака, и эта жидкость стекает обратно в колонну, как флегма. Из дефлегматора смесь паров, соответствующая по составу концентрированной аммиачной воде, поступает в конденсатор К, из которого выводят готовую концентрированную аммиачную воду.

При описанном методе работы (так называемый круговой метод) отработанная вода, выпускаемая из дестилляционной колонны и содержащая нелетучий аммиак, после охлаждения в градирне Г возвращается на абсорбцию аммиака в скрубберах. По мере накопления в ней нелетучих соединений аммония часть циркулирующей таким образом выводят из оборота и заменяют свежей. Выведенная из оборота вода подается на известковую колонну ИК, в нижнюю часть которой подается также известковое молоко (с содержанием 45- 75 г СаО в 1 л воды). Газы из колонны поступают в дефлегматор ДФ-2, аналогичный дефлегматору ДФ-1, а жидкость из нижней части колонии направляется в приколонок ПК, в котором происходит взаимодействие аммиачной воды с известковым молоком.

Получаемая при описанном процессе концентрированная аммиачная вода содержит 18--20% вес. NН3 и небольшое количество примесей -- С0₂ и H₂S.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был проведен расчет насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой из его смеси с воздухом, установлены основные параметры процесса, определены расходы жидкости и газа, а также проведен конструктивный расчет. Что позволяет использовать результаты данного расчета при проектировании абсорбционных аппаратов в линии для получения концентрированной аммиачной воды.



Список используемой литературы

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учеб. для студ. хим. - технол. спец. вузов. - 9-е изд;испр. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

2. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Колос, 2000. - 551 с.

3. Насосы и насосные установки пищевых предприятий: Учеб. пособие / А.В. Логинов, М.И. Слюсарев, А.А. Смирных; ВГТА, Воронеж. 2001. - 220 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Под ред.П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 510 с.

5. Дытнерский Ю.И., Борисов Г.С., Брыков В.П. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /2-е изд. - М.: Химия, 1991. - 496с.

6. Страус В. Промышленная очистка газов / Пер. с англ. - М., Химия, 1981. - 616с., ил.

7. Рамм В.М. Абсорбционные процессы в химической промышленности / М.: Госхимиздат, 1951 г. - 351 с.

8. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты . Методы расчета и основы конструирования/ 3-е изд. перераб. и доп. : М.: Химия, 1978 г. - 280 с.

9. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник, 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Н.Н. Логинова. Л.: Машиностроение, 1970г. - 753 с.

10. Рамм В.М. Абсорбция газов / Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.:Химия, 1976 г. - 650 с.

Размещено на Allbest.ru