Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель этилового спирта М находят из уравнения материального баланса:

Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам в выбранной для расчета размерности:

Переведем мольные концентрации в массовые:

Уравнение равновесной линии процесса имеет вид:

Рассчитаем равновесные концентрации:

Конечную рабочую концентрацию спирта в воде определяем из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию:

Отсюда:

Тогда

Находим расход инертной части газа:

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту :

Расход поглотителя (воды) равен:

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:

1.2 Расчет движущей силы

В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. Принимая модель идеального вытеснения, движущую силу определяют по формуле:

1.3 Расчет коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

поглотитель абсорбер массопередача

Для расчетов коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере. В качестве насадки выберем деревянную хордовую насадку. Характеристики данное насадки:

а = 48

1.4 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по формуле:

Значение коэффициентов для хордовой насадки:

А=0, В=1.75

Решая это уравнение, получим

Рабочую скорость принимают равной 0,2 - 0,5 от предельной. Примем

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода:

Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера . При этом действительная рабочая скорость в колонне будет равна:

1.5 Определение плотности орошения и активной поверхности насадки.

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью, а часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи.

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения , выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для пленочных абсорберов ее находят по формуле:

В проектируемом абсорбере U выше U_min, поэтому коэффициент смачиваемости насадки ш=1.

Доля активной поверхности насадки может быть найдена по формуле:

1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно найти из уравнения:

Отсюда

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке:

Коэффициент диффузии спирта в воздухе можно рассчитать по формуле:

Выразим в выбранной для расчета размерности:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят по уравнению:

Выразим в выбранной для расчета размерности:

Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе :

1.7 Определение поверхности массопередачи и высоты абсорбере

Высота насадки, необходимая для создания этой поверхности:

1.8 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера

Необходимость расчета гидравлического сопротивления обусловлена тем, что оно определяет энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину находят по формуле:

Гидравлическое сопротивление сухой насадки определяют по уравнению:

2. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет насоса

Подобрать насос для перекачивания воды при температуре 20°С. Расход . Геометрическая высота подъема жидкости 27м. длина водопровода на линии всасывания 10м, на линии нагнетания 40м. На линии нагнетания имеется один отвод под углом 90°.

а) Выбор трубопровода

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода равен:

Примем, что трубопровод стальной, коррозия незначительная.

б) Определение потерь на трение и местные сопротивления.

Находим критерий Рейнольдса:

т.е. режим турбулентный. Абсолютную шероховатость примем .

Тогда

Далее получим

Т.о. в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле:

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линий.

Для всасывающей линии:

1. вход в трубу ( примем с острыми краями) =0,5

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле:

Для нагнетательной линии:

1. отвод под углом 90°: е=0,09 ( А=1, В=0,09)

2 .выход из трубы:

3. сопротивление подогревателя: е₃=1,5(входная и выходная камеры)

е₄=2,5 повороты между ходами

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на нагнетательной линии:

Потерянный напор на нагнетательной линии:

Общие потери напора:

в) Выбор насоса:

Находим напор насоса по формуле:

Подобный напор при заданной производительности обеспечивается центробежными насосами .Учитывая, что центробежные насосы широко распространены в промышленности ввиду достаточно высокого к. п. д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность напора определим:

Принимая (для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя:

По табл. 1.2[1] устанавливаем, что заданным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки X 20/50, для которого в оптимальных условиях работы Q=5.5-10 м³/с, Н = 44 м, = 0,5. Насос обеспечен электродвигателем АО2-52-2 номинальной мощностью Nн=13кВт, = 0,89. Частота вращения вала п= 48,3 (с^-1).

г) Определение предельной высоты всасывания.

По формуле рассчитаем запас напора на кавитацию:

Находим предельную высоту всасывания:

2.2 Расчет вентилятора

Примем скорость воздуха в трубопроводе . Тогда диаметр трубопровода находится по формуле:

Критерий Рейнольдса для потока в трубопроводе:

Примем, что трубы стальные, новые. Тогда ; далее получим:

Таким образом, расчет следует проводить для зоны смешанного трения:

Определим коэффициенты местных сопротивлений.

1. вход в трубу (принимаем с острыми краями):

2. задвижка:

3. выход:

4. сопротивление холодильника: е₄=1,5(входная и выходная камеры), е₅=2,5(поворот между ходами)

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

Гидравлическое сопротивление трубопровода определим по формуле:

Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления аппарата и трубопровода, равно:

Полезная мощность вентилятора находим по формуле:

Принимая , найдем мощность на валу двигателя:

Устанавливаем, что полученным данным лучше всего удовлетворяет вентилятор В - Ц 14 - 46 - 6, который характеризуется Q=5,28, . Вентилятор обеспечен электродвигателем АО2-62-2 нормальной мощностью N=13кВт и

2.3 Расчет холодильника

Газ, требующий охлаждения, имеет следующие характеристики:

Охлаждение осуществляется водой со следующими параметрами:

а) определение тепловой нагрузки:

б) расход воды определяем из уравнения теплового баланса:

в) среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике:

г) ориентировочный выбор теплообменника.

Примем ориентировочное значение , соответствующее развитому турбулентному режиму течения в трубе. Очевидно, такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб, приходящееся на один ход по трубам диаметром , равно:

Для труб диаметром

Минимальное ориентировочное значение теплопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей, равно . При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Выбранный теплообменник с близкой площадью имеет диаметр 800 мм. При этом они - многоходовые аппараты. В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых, вследствие возникновения смешанного взаимного направления движения теплоносителя. Соответствующую поправку для средней разности температур определим:. С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составляет:

Теперь проводим уточненный расчет:

д) уточненный расчет поверхности теплопередачи:

Коэффициент теплоотдачи:

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве

Коэффициент теплоотдачи к воде составит:

Поскольку жидкость органическая, примем термические сопротивление загрязнений равными 1/5800 м²-К/Вт. Повышенная коррозионная активность жидкости диктует выбор в качестве материала труб нержавеющей стали. Теплопроводность нержавеющей стали = 17,5 Вт/(м-К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплоотдачи равен:

Требуемая поверхность составляет:

При этом запас:

е) расчет гидравлического сопротивления.

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

где

Диаметр штуцеров к распределительной камере скорость в штуцерах:

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

Число рядов труб, омываемых водой в межтрубном пространстве ; округлим в большую сторону . Число сегментных перегородок х=4. диаметр штуцеров к кожуху , скорость воды в штуцерах:

Скорость воды в наиболее узком течении межтрубного пространства площадью , равна:

Сопротивление межтрубного пространства равно:

2.4 Расчет теплообменника - подогревателя

Газ, требующий охлаждения, имеет следующие характеристики:

Охлаждение осуществляется водой со следующими параметрами:

а) определение тепловой нагрузки:

б) расход воды определяем из уравнения теплового баланса:

в) среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике:

г) ориентировочный выбор теплообменника.

Примем ориентировочное значение , соответствующее развитому турбулентному режиму течения в трубе. Очевидно, такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб, приходящееся на один ход по трубам диаметром , равно:

Для труб диаметром

Минимальное ориентировочное значение теплопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей, равно . При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Выбранный теплообменник с близкой площадью имеет диаметр 200-400 мм. При этом они - многоходовые аппараты. В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых, вследствие возникновения смешанного взаимного направления движения теплоносителя. Соответствующую поправку для средней разности температур определим:. С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составляет:

Теперь имеет смысл провести уточненный расчет:

д) уточненный расчет поверхности теплопередачи:

Коэффициент теплоотдачи:

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве

Коэффициент теплоотдачи к воде составит:

Поскольку жидкость органическая, примем термические сопротивление загрязнений равными 1/5800м²-К/Вт. Повышенная коррозионная активность жидкости диктует выбор в качестве материала труб нержавеющей стали. Теплопроводность нержавеющей стали = 17,5 Вт/(м-К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплоотдачи равен:

Требуемая поверхность составляет:

При этом запас:

е) расчет гидравлического сопротивления.

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

где

Диаметр штуцеров в распределительной камере скорость в штуцерах:

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

Число рядов труб, омываемых водой в межтрубном пространстве ; округлим в большую сторону . Число сегментных перегородок х=8. диаметр штуцеров к кожуху , скорость воды в штуцерах:

Скорость воды в наиболее узком течении межтрубного пространства площадью , равна:

Сопротивление межтрубного пространства равно:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ