Рассчитать и спроектировать абсорбер с ситчатыми тарелками, работающие при атмосферном давлении для поглощения паров ацетона из паровоздушной смеси при t = 22°C. Количество паровоздушной смеси, подаваемой в абсорбер V=12 000 м ³/ч. Содержание ацетона в паровоздушной смеси 10% об. В абсорбере улавливается 98% ацетона. Растворимость ацетона подчиняется закону Рауля. Абсорбер тарельчатый колпачковый.
1. Технологический расчет
Определение условий равновесия процесса
Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя пары ацетона — воздух- вода.
Относительная массовая концентрация паров ацетона в воздухе начальная.
Относительная массовая концентрация паров ацетона в воздухе конечная.
Равновесную концентрацию рассчитываем по закону Рауля:
,где — давление насыщенных паров ацетона(при T=22 C)
- давление в абсорбере.
Равновесная концентрация ацетона в воде конечная:
Конечную концентрацию Хк определяют из уравнения материального баланса:
Построение рабочей линии
Так как рабочая линия является прямой линией, то для ее построения необходимо знать координаты двух её точек.
00,004 0,560,222
Координаты для построения линии равновесия
00,0040,840,222
Пересчитаем весовую долю ацетона в мольные на входе в абсорбер:
Молекулярная масса исходной смеси на входе в абсорбер:
Плотность газовой смеси при н.у.:
Плотность газовой смеси при рабочих условиях:
Расход газа по условиям в абсорбере
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
Расход поглотителя (воды):
Удельный расход поглотителя:
Расчет движущей силы процесса
Определяем движущую силу внизу аппарата:
Определяем движущую силу вверху аппарата:
Средняя движущая сила определится:
Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
Выбраны колпачковые тарелки.
Для них рабочая скорость газа можно рассчитать по уравнению:
Расчет насадочного абсорбера (2)
... или удельный расход поглотителя, составит: 1.2 Расчет движущей силы В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. ... марки X 20/50, для которого в оптимальных условиях работы Q=5.5-10 м 3 /с, Н = ... и расхода поглотителя Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель этилового спирта М находят ... в токе инертного газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижения ...
где — диаметр колпачка, м;
— расстояние от верха колпачка до следующей тарелки, м;
плотность жидкой фазы, кг/м3;
?г — плотность газовой фазы при средней концетраци, кг/м3;
Рассчитаем плотность газовой фазы.
Средняя мольная концентрация:
Плотность воздуха при рабочих условиях:
Плотность паров ацетона при рабочих условиях:
Средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях:
Рассчитаем плотность жидкой фазы.
Средняя мольная концентрация:
Плотность воды при рабочих условиях (из справочника):
Плотность ацетона при рабочих условиях
Средняя плотность жидкой фазы при рабочих условиях:
Предварительно зададимся по [1]:
диаметром аппарат ,
диаметром колпачка ,
высотой колпачка
Расстоянием между тарелками ,
Расстоянием от колпачка до тарелки
Рассчитаем скорость газа по уравнению:
Диаметр аппарата будет равен:
Принимаем стандартный диаметр из ряда диаметров колонн
Выбранный и полученный диаметры колонн не совпали, значит требуется провести уточнённый перерасчёт. Но по [1] аппарат с имеет те же самые расчётные данные, что и аппарат с , а значит пересчёт не требуется.
Значит диаметр аппарата:
Уточнение скорости газовой смеси в аппарате:
Характеристика стандартной тарелки (ТСК-Р — 2200)
Диаметр колпачка
Количество колпачков
Свободное сечение тарелки
Высота переливного порога
Рабочее сечение тарелки
Масса тарелки , 186 кг
Периметр слива(ширина переливной перегородки)
Расчет коэффициентов массоотдачи.
Коэффициенты молекулярной диффузии для газа и жидкости:
абсорбер пар массоотдача
— учитывает ассоциацию молекул растворителя (для воды)
— мольная масса растворителя
мольные объёмы газов:
?ац = 74 см3/атом
?возд = 29,9 см3/атом
Рассчитаем по формулам:
Расчет ßx и ßy проводится по формулам:
Вязкость жидкости находим по уравнению:
где µxa и µxa вязкость жидких ацетона и воды при температуре абсорбции
µxa = 0,319 мПа*с при 22ºС
µxвод = 0,98 мПа*с при 22º С
откуда = 71,6 мПа*с
Вязкость газовой фазы рассчитывается по приближенной формуле
аддитивности:
Расчет ректификационной колонны с колпачковыми тарелками
... расчёт тарельчатых ректификационных колонн Колпачковая тарелка включает в себя следующие основные детали: паровые патрубки, колпачки, сливные патрубки или ... С=К–Ф 2=2–2 2=2 (1.3) Для технических расчетов наиболее важной является диаграмма t–х,у, так как ... отсутствие равновесия (и соответственно наличие разности температур фаз) при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократном их ...
µв = 18,23 мкПа с — вязкость воздуха при 22 0С
µа = 7,41 мкПа с — вязкость паров ацетона при 22 0С
Рассчитаем коэффициенты массоотдачи:
Для получения выбранной размерности умножим коэффициенты массоотдачи на плотности фаз:
?у = 0,46*(?у — yср) = 0,46*(1,35 — 0,123) = 0,56 кг/м2с
?х = 0,00038*(?х — xср* ?х) = 0,00038*(929 — 0,28*929) = 0,254 кг/м2с
Следовательно, коэффициент массопередачи :
где — тангенс угла наклона к линии равновесия
Расчет числа тарелок абсорбера
Число тарелок абсорбера находим по уравнению. Суммарная площадь тарелок F равна:
Рабочую площадь тарелок с перетоками f определяют с учетом площади, занятым переливными устройствами:
= ?*0,785*d2
где ? — доля рабочей площади тарелки, примем ?=0,9;
Рассчитаем рабочую площадь одной тарелки по уравнению
Тогда требуемое число тарелок определяют делением суммарной площади тарелок F на рабочую площадь одной тарелки f:
принимаем 34 тарелки
Определение высоты абсорбера
Расстояние между тарелками предварительно зададимся[3]:
Проверим брызгоунос:
Где коэффициенты, зависящие от типа тарелки.
— поверхностное натяжение.
Высота подпора жидкости над сливным устройством:
— объемный расход воды.
Условия выполняются.(0,1>0.097)
Высота колонны:
Н = Нт(n-1)+(Нл — Нт )u+Z1+Z2
Нл = 900 — расстояние между тарелками в месте установки люка, =16 — кол-во люков между тарелками.
где Нт = 0,6 м — расстояние между тарелками;= 1 м — высота сепарационного пространства;= 2,5 м — высота кубового пространства.
Н = 0,6(34-1)+(0.9-0.6)*16+1+2,5 = 28.1 м
. Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
?Рс = ?w2?г/2Fc 2
где — коэффициент сопротивления тарелки с диаметром колпачка Dk=0.1 м;= 0,123 — относительное свободное сечение колонны.
?Рс = 3,1?1,182?1,35/2?0,1232 = 192.584 Па
Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:
?Р? = 4?/Dk = 4?0,07/0,1 = 2.8 Па
где ? = 0,0663 Н/м — поверхностное натяжение воды;
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя:
?Рсл = ?ж·g·h0 = 929?9,8?0,034 = 309,9 Па
Полное сопротивление тарелки:
?Рт = ?Рс+?Р?+?Рсл = 505,094 Па.
Полное сопротивление колонны:
?Ра = 505.094?34 = 17 170 Па.
Расчёт потерь давления на местные сопротивления ()
Полное гидравлическое сопротивление абсорбера:
Расчет ректификационной колонны (3)
... и массу, чем тарельчатые. Все ректификационные установки, независимо от типа и конструкции колонн, классифицируют на установки периодического и непрерывного действия. В ректификационных установках периодического ... провальные и другие конструкции тарелок. В расчетах необходимо учитывать особенности конструкций тарелок. Ситчатые колонны Обычно диаметр отверстий ситчатой тарелки принимают в пределах 0,8 ...
. Конструктивный расчет
Так как водный раствор ацетона при температуре 22 С° является коррозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, обладающую необходимыми конструкционными свойствами.
Толщина обечайки:
sд = 165 МН/м2 — допускаемое напряжениe,= 0.101325 Мпа — давление в абсорбере,
j = 0,8 — коэффициент ослабления из-за сварного шва,
Поправка на коррозию рассчитывается:
— коррозионная проницаемость;
— амортизационный срок службы;
Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки d = 8 мм.
Проверка на допустимое давление:
Расчет днища.
j = 1 — для днищ, изготовленных из цельной заготовки
По ГОСТ 6533 — 78 примем толщину стенки днища dдн = 8 мм.
= 40 мм= 550 мм
Масса днища mд = 350 кг.
Объем днища Vд = 0.15395 м3.
Расчет фланцевого соединения
Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ГОСТ 28759.2-90:
= 2330 мм= 2290 мм= 2246 мм= 55 мм
а1 = 14 мм= 10 мм= 23 ммусл = 0,3 МПа
Диаметр болтов — M20,
Количество болтов z = 72
Расчет условного диаметра штуцеров.
Условный диаметр рассчитываем исходя из объемного расхода и рекомендуемой скорости движения среды. Рекомендуемые скорости примем для газа , для жидкости .
Диаметр штуцера определяем по формуле:
где объёмный расход фазы.
Диаметр штуцера для входа и выхода жидкости:
Принимаем
Диаметр штуцера для входа и выхода газа:
Принимаем
Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80,
dуслDD2D1hnd5014011059134М145006205805442520М20
Расчет опоры аппарата.
Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5,
размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми
юбочными цилиндрическими опорами.
Ориентировочная масса аппарата.
Масса обечайки
где Dн = 2,216 м — наружный диаметр колонны;
Dвн = 2,2 м — внутренний диаметр колонны;
Ноб = 28,1 м — высота цилиндрической части колонны
кг/м3 — плотность стали
Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда
к = 1.1(mоб + mт + 2mд )= 1,1(12312.7+34?186+2·350) = 21 270 кг
Расчет асинхронного двигателя
... размеры замыкающих колец: ; ; ; 4. Расчет магнитной цепи Расчет магнитной цепи проводится для режима холостого хода двигателя, при котором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение стали ... диаметр ротора равен диаметру вала: kB=0,23. ) Ток в стержне ротора: где ki-коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I1 /I2; принимаем ...
Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.
Масса воды при гидроиспытании
в = 1000(0,785D2Hц.об+2Vд) = 1000(0,785·2.22·28.1 + 2·0.15395) = 107071 кг
Максимальный вес колонны
= mк + mв = 21 270 +107071 = 129 000 кг = 1.26 МН
Примем по ОСТ 26-467-84:
Опора 2-2200-1,6-0,8-2300 = 2.1 м, = 2,38 м.= 2.5 м= 8 мм= 25 мм= 25 мм= 60 мм
Фундаметные болты — M36 ГОСТ 24379.1-80
Количество болтов z = 16
Площадь опорного кольца
А = 0,785(D32 — D12) = 0,785(2,52 — 2,12) = 1.444 м2
Удельная нагрузка опоры на фундамент
s = Q/A = 1.26/1.444 = 0.872 МПа < [s] = 15 МПа — для бетонного фундамента.
Заключение
В данном курсовом проекте был рассчитан тарельчатый абсорбер для поглощения паров ацетона водой и сделан чертеж общего вида аппарата с разрезами. Из полученных результатов, можно сделать вывод, что рассчитанный абсорбер получился средней высоты и с достаточно большим гидравлическим сопротивлением.
В процессе выполнения курсового проекта были проведены расчёты: материального баланса, скорости газа и диаметра колонны, определение числа тарелок и механические расчеты.
В результате расчетов я получил тарельчатый абсорбер диаметром 2200 мм, высотой 28.1 м с количеством колпачковых тарелок (типа ТСК-Р) равным 34.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/tarelchatyie-absorberyi/
1. 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.
. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. — 752 с.
. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. — М.: Химия, 1983-272с., ил.
. Рамм В.М. Абсорбция газов. М. : Химия, 1975. 655 с.
. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. — Иваново, 2004
. Учебно-методические указания по выполнению курсовой работы
по дисциплине «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехи-мии» /Составители Хафизов Ф.Ш., Фасхутдинов Р.Р., Ибрагимов Р.Р. — Уфа, 2009
