Расчет насадочного адсорбера

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых и парогазовых смесей или для очистки их от вредных веществ. Аппараты, в которых осуществляют эти процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбенты должны иметь развитую поверхность соприкосновения с газом. По способу образования этой поверхности абсорберы разделяются на следующие группы:

- барботажные (тарельчатые);

- насадочные;

- поверхностные и пленочные;

- распыливающие

Аппараты первого типа получили широкое распространение. В данном курсовом проекте рассмотрен насадочный абсорбер для поглощения ацетона из воздуха водой.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Расчет абсорбера для поглощения ацетона из воздуха водой. Уравнение линии равновесия Y*=1,61X. Начальное содержание ацетона в воздухе 8% об., степень извлечения 96%, коэффициент избытка поглотителя 1.3. Расход газовой смеси: 3100 м3 /час (при рабочих условиях). Давление в абсорбере атмосферное, температура 200 С.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПОГЛОЩАЕМОГО ВЕЩЕСТВА И РАСХОДА ПОГЛОТИТЕЛЯ

адсорбер гидравлический сопротивление

Для решения уравнения материального баланса переводим в нужную размерность исходные данные.

Плотность воздуха при рабочих условиях определяется из уравнения Клапейрона :

Содержание ацетона в воздухе 10 %. Находим мольные доли:

Начальная концентрация ацетона в воздухе:

Конечная концентрация ацетона в воздухе:

Начальная концентрация ацетона в воде (по условию). Конечная концентрация ацетона в воде определяется из уравнения линии равновесия с учетом заданного коэффициента избытка поглотителя =1,3:

Теперь по уравнению материального баланса находим количество поглощаемого ацетона:

Далее из этого же уравнения определяется расход поглотителя (воды):

.

Удельный расход поглотителя, кг/кг:

.



Размещено на http://www.allbest.ru/

зависимость между содержанием поглощаемого вещества в газе и поглотителе : 1- рабочая линия, 2-равновесная линия

2. РАСЧЕТ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Расчет ведется по формуле:

3. РАСЧЕТ СКОРОСТИ ГАЗА И ДИАМЕТРА АБСОРБЕРА

Предварительно выбираем тип насадки. Очень часто в насадочных абсорберах в качестве насадки используются керамические кольца Рашига внавал. Выбираем этот тип, то есть неупорядоченную насадку. Плотность газа при рабочих условиях известна. Определены также расходы фаз L и G. Значения коэффициентов А и В: А=(-0,073), В=1,75. Для данного случая вязкости поглотителя и воды равны; Значение плотности воды при температуре 200С: .

Характеристики насадок

Насадка	a ,м2 /м3	е , м3 /м3	dэ ,м
10х10х1,5	440	0,7	0,006
15х15х2	330	0,7	0,009
25х25х3	200	0,74	0,015
35х35х4	140	0,78	0,022
50х50х5	90	0,785	0,035

Ниже приведен расчет для насадки из колец размером . Подставляем все данные в уравнение:

;

Решая это уравнение, получаем .

Рабочая скорость, м/с : .

Определяем диаметр абсорбера, м:

.

Принимаем стандартный диаметр равным 0,7. Находим действительная рабочая скорость по уравнению м/с:

.

Минимальная эффективная плотность орошения м3/м2с :

.

Действительная плотность орошения м3/м2с :

.

Насадка	щз , м/с	щ , м/с	щ' , м/с	d, м	dст , м	U•103,м3/м2•с	Umin•103, м3/м2•с
10х10х1,5	0,922	0,738	0,906	1,219	1,1	1,271	9,68
15х15х2	1,062	0,85	0,907	1,136	1,1	1,271	7,26
25х25х3	1,484	1,187	1,353	0,961	0,9	1,899	4,49
35х35х4	1,931	1,545	1,716	0,843	0,8	2,403	3,08
50х50х5	2,416	1,933	2,237	0,753	0,7	3,139	1,98

Как следует из представленных в таблице данных условие U> Umin выполняется для насадки 50х50х5.

4. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА МАССОПЕРЕДАЧИ

На первой стадии определяются коэффициенты диффузии ацетона в воде и его паров в воздухе.



Коэффициент диффузии паров ацетона в воздухе при нормальных условиях определяется по формуле, м2/с:

Коэффициент диффузии ацетона в воде, м2 /с :

Коэффициент диффузии ацетона в воде (при 200 С) м2/с:

Для последующих расчетов задаемся средним значением:

Поскольку в данном случае насадка является неупорядоченной, коэффициент массоотдачи в газовой фазе находится из уравнения:



Определяем величины, входящие в критериальное уравнение.

Эквивалентный диаметр насадки, м:

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке:

,

где - динамический коэффициент вязкости воздуха при 200 С

Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы:

.

Тогда коэффициент массоотдачи в газовой фазе равен, м/с:

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе в размерности кг/ м2с:

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находится из уравнения:

Определяем величины, входящие в критериальное уравнение.

Приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м:

.

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости:

.

Диффузионный критерий Прандтля для жидкости:

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе в размерности м/с:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе в размерности кг/ м2с:

.

Коэффициент массопередачи в газовой фазе, определяемый по уравнению кг/ м2с:

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МАССОПЕРЕДАЧИ И ВЫСОТЫ АБСОРБЕРА

Поверхность массопередачи определяется по уравнению, м2:

.

Высота насадки, требуемая для создания такой поверхности, рассчитывается по уравнению м:

С учетом расстояния между днищем абсорбера и насадкой и от верха насадки до крышки абсорбера общая высота аппарата составит, м:

.

6. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АБСОРБЕРА

Коэффициент сопротивления насадки определяется по уравнению (т. к. = 4131> 40):

.

Скорость газа в свободном сечении насадки, м/с:

.

Коэффициент равен 169 для насадки . Находим гидравлическое сопротивление абсорбера из уравнения, Па:

7. МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ

Расчет толщины обечайки и днища

Т.к. процесс абсорбции проводится под атмосферным давлением, то для диаметра 0,7м толщину можно принять равной 8мм. Такую же толщину принимаем для днища и крышки аппарата.

Расчет фланцевых соединений и крышек

Для определения расчетного растягивающего усилия в болтах предварительно зададимся некоторыми величинами. Примем резиновую прокладку с внутренним диаметром равным наружному диаметру аппарата (0,7+0,7+2•0,08=1,56м). Если принять ширину прокладки b=0.01м, то средний диаметр уплотнения, м:

.

Тогда расчетное растягивающее усилие в болтах , МН:

Задаемся диаметром болтов 10мм. Тогда число их определяется из формулы, шт.:

.

Принимаем 8 болтов диаметром 10мм.

Диаметр болтовой окружности определяется из уравнения, м:

.

Наружный диаметр фланца определяется из уравнения , м:

.

Приведенная нагрузка на фланец при рабочих условиях определяется по формуле , МН:



.

Для нахождения вспомогательных величин и необходимо найти коэффициенты и . Отношение

.

Тогда из графиков на рис. 2 следует, что и .

Рис. 2. Графики для определения коэффициентов и

Вспомогательная величина при рабочих условиях определяется из формулы м2:

.

Вспомогательная величина , определяется из формулы м2: .

Поскольку выполняется условие >, высота фланца определяется по формулам, мм:

.

.

Принимается высота фланца 25мм.

Толщина плоских крышек, закрывающих люки, принимается равной толщине обечайки (8мм).

Расчет опоры аппарата

Принимаем в качестве подвески лапы (см. рис. 3).

Рис. 3. Схема лапы

До расчета толщины ребра предварительно определим некоторые величины. Максимальный вес аппарата можно примерно принять равным удвоенному весу воды, полностью заполняющей корпус.

Объем корпуса, м3:

.

Тогда вес воды, Н:

.

Вес аппарата, Н:

.

Для аппарата весом 0,6МН, т. е. в 9,59 раз более тяжелого, применены четыре двухреберные лапы с вылетом 0,2м. Для данного веса достаточно двух двухреберных лап с вылетом 0,1м. Если принять коэффициент равным 0,6, тогда толщина ребра, м:

Отношение . По графику (см. рис.4) Для такого отношения =0,7 он весьма близок к принятому значению, поэтому пересчёт толщины ребра не требуется.

Рис. 4. График для определения коэффициента в уравнении

Высота лапы .

Общая длина сварного шва, м:

.

Прочность сварного шва, вычисляется по уравнению:

.

т. е. прочность обеспечена.

Вывод

В результате расчета насадочного абсорбера для поглощения ацетона из воздуха водой, в качестве насадки были выбраны керамические кольца Рашига 50X50X5. Абсорбер работает в нормальном режиме.

Получили следующие величины, необходимые для проектирования аппарата:

· диаметр аппарата D = 1,76 м

· высота насадки: Н = 4,343 м

· высота абсорбера: Набс = 6,343 м

· гидравлическое сопротивление абсорбера: ?Р =1657 Па

· объем корпуса: V = 3,187м3

· вес аппарата: G = 0.0625 МН

· поверхность массопередачи: F = 305,455 м2

· расход абсорбента L = 1,105кг/с

Размещено на Allbest.ru

...