Абсорбционная колонна

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс -- выделение растворенного газа из раствора -- носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы --жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

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.

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.



1. Теоретическая часть

Абсорбер является основным аппаратом установки, в которой осуществляют абсорбцию. В абсорбере (часто называется также скруббером) создают развитую поверхность соприкосновения газа и жидкости. Известно несколько типов абсорберов. [7].

Насадочный абсорбер представляет собой металлическую или керамическую колонну, внутри которой имеется несколько горизонтальных решёток 1 с расположенными на них слоями насадки 2 (кокс, металлические или керамические кольца, деревянные решётки, камни и др.), предназначенной для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью. Смесь газов поступает в нижнюю часть колонны по трубопроводу, а абсорбент, подаваемый по трубе 4, стекает вниз по насадке навстречу поднимающейся смеси газов. В результате противоточного контактирования газа и жидкости происходит наиболее полное растворение поглощаемых компонентов газовой смеси в абсорбенте. Непоглощённые компоненты газовой смеси удаляются из абсорбера по трубопроводу 5, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу 6. Конусы 7 между секциями насадки 2 направляют абсорбент, вытесняемый газом к стенке абсорбера, к центру для более равномерного орошения. [7].

Более сложен абсорбер представляющий собой колонну в которой вместо решёток и насадки установлены тарелки 1, снабженные патрубками 2, колпачками 3 с зубчатыми краями и переливными трубками 4. Абсорбент стекает с тарелки на тарелку по переливным трубкам, а смесь газов движется снизу вверх, барботируя через слойжидкости. При прохождении между зубьями колпачков газовый поток разбивается на множество мелких пузырьков, что обеспечивает большую поверхность соприкосновения газа и жидкости. [7]. колонна абсорбция промышленность

В ряде случаев вместо тарелок сколпачками устанавливаются тарелки, в которых просверлено большое число отверстий -- ситчатые тарелки.

В процессах, где газ хорошо растворяется в абсорбенте, часто применяют абсорберы, в которых газ проходит над поверхностью жидкости или жидкость распыляется в газе на мелкие капли форсунками, вращающимися дисками или турбинками.

Абсорберы широко применяют в различных отраслях промышленности: в химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, нефтехимической, литейной, дерево- перерабатывающих и т.д. [7].

Описание технологической схемы процесса абсорбции

Газ на абсорбцию подается газодувкой в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или тарелки). Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Газ после абсорбции, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7 после предварительного подогрева в теплообменнике-рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится в кубе 8, обогреваемом, как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 14, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.

2. Характеристика сырья, продуктов и материалов

Бензол - бесцветная, летучая, огнеопасная жидкость с неприятным запахом. Простейший ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Он легче воды (0,88 г/см3) и с ней не смешивается, но растворим в органических растворителях, и сам хорошо растворяет многие вещества. Бензол кипит при 80,1 С, при охлаждении легко застывает в белую кристаллическую массу. Бензол и его пары ядовиты. Систематическое вдыхание его паров вызывает анемию и лейкемию.

Для выбора абсорбента рассмотрим абсорбцию в диффузионной области улавливание бензола из парогазовой смеси. Абсорбция бензола поглотительным маслом (каменноугольным или соляровым) не сопровождается химическими реакциями. Система бензол--поглотительное масло относится к хорошо растворимым газам и скорость абсорбции бензола мало зависит от параметров жидкой фазы. Этот процесс можно интенсифицировать развитием поверхности контакта парогазовой смеси и поглотительного масла и турбулизацией газового потока. Кроме того, процесс следует вести при возможно более низкой температуре для понижения равновесной упругости паров бензола над его раствором в поглотительном масле.

Каменноугольные масла - это вязкие жидкости от светло-желтого до темно-коричневого цвета с характерным фенольным запахом. Из фракций смолы непосредственно выделяют следующие каменноугольные масла: антраценовое, поглотительные.

Поглотительное масло - это нефтяное масло, применяемое в качестве абсорбента для извлечения сырого бензола из газа; относится к группе технологических масел. Собственно поглотительное масло получают кислотно-щелочной очисткой поглотительной фракции и применяют главным образом для абсорбции из газовой смеси бензола и его гомологов.

В качестве абсорбента было выбрано каменноугольное поглотительное масло, потому что растворы бензола в поглотительных маслах довольно точно следуют закону Генри, а так как средний молекулярный вес каменноугольного масла равен 170, а солярового-250, то поглотительная способность каменноугольного масла примерно на 40 % выше, чем солярового.

В ходе расчета была выбрана абсорбционная колонна насадочного типа, т.к. такие аппараты по сравнению с другими типами абсорберов менее громоздки, имеют простую конструкцию, могут использоваться при работе с агрессивными средами, имеют низкое гидравлическое сопротивление.

Для поглощения бензола из парогазовой смеси, выбираем насадочный абсорбер с насадкой кольца фарфоровые, керамические 2525 3 мм, потому что он обладает низким коэффициентом гидравлического сопротивления, большой удельной поверхностью, прост в изготовлении и имеет свободный объём насадки. Также существует возможность осуществления противотока в одной ступени, возможность работы в агрессивных средах. В насадочном абсорбере корпус нетрудно защитить от коррозионного воздействия среды (футеровкой), а насадка может быть изготовлена из стойкого материала (керамика).

Кольца Рашига (25 25 3 мм) - тонкостенные керамические кольца высотой, равной диаметру, уложенные правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга.

Насадка, уложенная таким образом, имеет ряд преимуществ перед засыпанной навалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако для улучшения смачивания насадок необходимы более сложные по конструкции оросители.

Для насадочного абсорбера и их фланцевых соединении выбираем высоколегированную сталь марки 12Х18Н10Т. Высоколегированные стали обладают рядом уникальных характеристик и свойств, благодаря чему сфера применения этих материалов столь широка. Готовой продукции характерны следующие эксплуатационные параметры: прочность, пластичность, деформационная и коррозионная стойкость. В сравнении с углеродистыми сталями легированные обладают большей пластичностью. Все легированные сплавы обладают пригодностью к сварке и свойствами свариваемости. Машиностроительные материалы также обладают немагнитностью, тепловой закаленностью, упругостью. Высокая прочность достигается путем термической обработки обрабатываемого состава.[8].

Сталь 12Х18Н10Т - хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева, сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур и может быть применена в качестве жаропрочного материала при температурах ~600° С. Будучи высокопластичной в условиях глубокого холода, эта сталь используется в установках для получения жидкого кислорода.[8].

3. Технологические расчеты абсорбционной колонны

Материальный баланс

В качестве исходных данных задаются следующие величины:

Абсорбция газа из парогазовой смеси. Расход абсорбента L = 1.4 Lm

1. Объемный расход поступающей парогазовой смеси в колонну: Vсм=1200 м³/ч.

2. Начальная концентрация: у_н = 4.5 %

3. Степень извлечения: б = 98 %

4. Начальное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля: x₀ = 0 %.

5. Равновесная концентрация Y*=0.2 X

6. Температура поступающей газовой смеси в колонну t = 20 ° С

7. Давление на входе в абсорбер Р = 0.1 Мпа

8. Абсорбент: каменноугольное поглотительное масло с молекулярной массой 170 кг/кмоль.

Массу переходящих из парогазовой смеси в поглотитель бензол М находят из уравнения материального баланса:

M = G ( - ) = L ( - ), (1)

где: L,G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;

- концентрации поглощаемого компонента в жидкости на верху и в низу абсорбера, кг бенз/кг вод;

- концентрации поглощаемого компонента в газе в низу и на верху абсорбера, кг бенз/кг возд.

Начальная концентрация бензола в парогазовой смеси:

Конечная концентрация бензола в парогазовой смеси :

, (3)

10^-3

Начальная концентрация бензола в абсорбере равна нулю (по условию). Конечная концентрация будет равна :

= = 0.1267/0.2 = 0.6335



Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T₀ = 273K, P₀ = 0.1 Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т = 293К, Р = 0.1 Па).

(4)

V_см = = 0.357 м³/c

Рассчитаем плотность воздуха при 293К :

= = 1.2 кг/ м³

Расход инертной части газа :

(5)

G = 0.357 (1 - 0.045) 1.2 = 0.409 кг/c.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:

= 0.409 (0.1267 - 0.002534) = 0.0508 кг/c.

Расход теоретического (минимального) поглотителя равен:

, (6)

0.08 кг/c.

Расход поглотителя равен:



L = 1.4 Lm , (7)

L = 1.4 0.08 = 0.112 кг/c.

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя равен:

l = L / G, (8)

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

, (9)

где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг Б/кг В.

В данном задании

и ,

где и - концентрации бензола в парогазовой смеси, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него.



M = Lm () = 1.4 Lm () (10)

= () / 1.4 +

= 0.1267 - 0.096 = 0.0307

= 0.002534 - 0 = 0.00254

Тепловой баланс

Температура жидкости на выходе из абсорбера определяется по формуле:

, (11)

где Ф - интегральная теплота растворения, Ф=35322 Дж/кг;

с - удельная теплоёмкость бензола, с=0.4·4200 Дж/кгК [2].

Конструктивный расчет насадочной абсорбционной колонны

В качестве насадки выбираем керамические кольца с размером 25х25х3 из табл. XVII. Удельная поверхность колец , свободный объём пор , масса насадки , эквивалентный диаметр насадки [2].

Скорость инверсии в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях затопления насадки и появления эмульгационного слоя определятся по уравнению:

, (12)



где W_пр - предельная фиктивная скорость газа, м/с;

f - удельная поверхность насадок, м²/м³;

µ_ж - вязкость воды = 0,875·10^-3Па·с;

с_г - средняя плотность газа, .

С_ж - плотность воды, .

Средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях определяется по формуле:

кг/м³ , далее:

кг/м³

Решаем уравнение, чтобы найти фиктивную скорость:

Скорость газа, несколько меньше скорости, при которой наступает инверсия фаз: ;

Диаметр колонны абсорбера находим из формулы:



, (13)

Принимаем диаметр колонны из нормального ряда D_к=600 мм.

Коэффициент массопередачи определяется по формуле:

, (14)

А) Для газовой фазы :

(15)

где Nu= - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Отсюда (в м/с) равен:

= , (16)

где: Dy - коэффициент диффузии в газовой фазе, м2/с;



критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

- диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

Коэффициент диффузии бензола в газе можно рассчитать по уравнению :

, (17)

Где: М бензола и воздуха - мольные массы соответственно бензола и воздуха (78 и 29 кг/моль);

v_бенз, v_возд - мольные объемы бензола и воздуха, (96 и 29,9 см3/моль) соответственно.

=

= = = 0.0145

=

Б) Для жидкой фазы :



, (18)

Где: = - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда х (в м/с) равен:

, (19)

Где: Dх - коэффициент диффузии в жидкой фазе, м2/с;

пр = - приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;

- модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

= - диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

Коэффициент смачиваемости насадки y при орошении колонны водой можно определить из следующего эмпирического уравнения:

, (20)

где A = 1,02, b = 0,16, p = 0,4 для колец внавал.[2].

Площадь поперечного сечения вычисляем из уравнения:



S = = 1.884 м

В разбавленных растворах коэффициент диффузии Dх может быть достаточно точно вычислен по уравнению:

, (22)

Где : vбенз - мольный объем бензола, см3/моль;

- параметр, учитывающий ассоциацию молекул (=1).

=

== 0,00526

Выразим х в выбранной для расчета размерности:

х = х' _ж , (23)

Возьмем коэффициент распределения для смеси бензол - H2O равной m=1.08. Далее следует :

m'= m = 1.08 = 0.25

Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе :

Поверхность массопередачи в абсорбере находим по уравнению:

Высоту насадочного абсорбера определяем по уравнению:

F = H_н, (24)

,

Где: H_н - высота слоя насадки, S - площадь сечения колонны.

Высота единицы переноса:

h_оу = , (25)

h_оу = = 0.36 м

Высота перераспределительных разрывов насадки:



H_р = (, (26)

H_р = ( = 0.484 м

Общая высота абсорбционной колонны:

H_к = H_н + Z_в + Z_н + H_р , (27)

Где Z_в и Z_н- соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м. Определяем общую высоту абсорбционной колонны:

H_к = H_н + Z_в + Z_н + H_р = 3.98 + 0.6 + 1.5 + 0.484 = 6.5 м

Конструктивно по расчетным данным собираем насадочную абсорбционную колонну с общей площадью поверхности массопередачи приблизительно равной 1347 м². Общая высота составит 6.5 метров, а диаметр абсорбера 0.6 метров. Высота единицы переноса 0.36 м. Высота перераспределительных разрывов насадки 0.484 м. Высота слоя насадки 4 метра. Высота сепарационного пространства над насадкой 0.6 м. Расстояние между днищем колонны и насадкой 1.5 м. Зная все данные, можно конструктивно определить количество слоев насадки. Так как общая высота составляет 6.5 метров и высота перераспределительных разрывов насадки 0.484 метров, следует выбрать три слоя насадки. 4 / 2 = 2 метра (каждый слой насадки). Расстояние между насадками будет равно 0.484 метров.

Расчет гидравлических сопротивлений

Гидравлическое сопротивление насадочной колонны определяется по формуле:



, (28)

где - сопротивление орошаемой насадки, Па

- потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне, Па.

Сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле:

(29)

где А - коэффициент, значение которого определяется по графику [2], в зависимости от отношения ;

- сопротивление сухой насадки на один метр высоты, определяется по формуле:

, (30)

При Re>40 коэффициент определяется по формуле:

2,625

Сопротивление сухой насадки:



Сопротивление орошаемой насадки до точки подвисания:

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне определяется по формуле:

, (31)

где - потеря потока на преодоление сопротивления входа и выхода в колонне;

- потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и выхода из насадки).

, (32)

где - коэффициент внезапного расширения;

- коэффициент внезапного сужения;

- скорость газового потока в подводящих и отводящих газопроводах, м/с.

Скорость газового потока принимаем равной w=10 м/с, тогда диаметр газопровода равен:

, (33)



Принимаем стандартный размер D_г=200 мм

Определяем критерий Рейнольдса в газопроводе:

Отношение площадей сечений газопровода и колонны:

По справочным данным (табл. VIII) находим коэффициенты местных сопротивлений , . [2] Тогда потери давления на местных сопротивлениях колонны равны:

Потери на преодоление местных сопротивлений на входе и выходе из насадок рассчитывается по формуле:

где - коэффициент внезапного сужения при входе в насадку;

- коэффициент внезапного сужения при выходе из насадки;

- фактическая скорость газового потока в насадке, м/с:



, (34)

Критерий Рейнольдса:

Определяем отношения площадей сечений:

, (35)

По справочным данным находим 0.16, . Тогда потери давления на преодоление местных сопротивлений составит:

Потери давления на местных сопротивлениях:

Общее гидравлическое сопротивление насадочной колонны равно:

Механический расчет абсорбционной колонны

Механический расчет состоит из проверки на прочность отдельных узлов и деталей и сводится к определению номинальных размеров (толщины стенок обечаек, фланцев, днищ и т.д.), которые должны обеспечить им необходимую долговечность.

Расчет толщины цилиндрических обечаек и толщины эллиптических днищ

Расчет толщины цилиндрических обечаек с учетом прибавок производится по формуле [6, с. 413]:



, (36)

где s^/ - номинальная толщина стенки, мм;

- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

- технологическая прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм.

Так как номинальную толщину стенки определяем по формуле [6, с. 413]:

(37)

где - расчетное давление, МПа;

- внутренний диаметр абсорбера, мм;

- допускаемое напряжение, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва.

Коэффициент прочности сварного шва = 1,0 при контроле шва на длине 100% и =0,9 при 50% -ном контроле длины шва.

Исполнительную толщину стенки выбирают из стандартного ряда толщин труб или листового проката. Фактическая толщина должна быть больше расчетной величины и обеспечивать также необходимую жесткость обечайки.

Минимальная толщина цилиндрических обечаек без прибавки на коррозию и эрозию зависит от их диаметра:

(для стали 12Х18Н10Т при 20⁰С) [6, с. 394]

(при контроле шва на длине 100%)

Номинальная расчетная толщина стенки s^/ меньше минимальной толщины (таблица 2), поэтому номинальную толщину принимаем равной 3мм, с учетом прибавок на коррозию и эрозию толщину стенки принимаем равной s=6мм.

Допускаемое давление в обечайке определим по формуле:

, (38)

где - допускаемое напряжение, МПа;

- толщина цилиндрический обечайки, мм;

- внутренний диаметр абсорбера, мм;

- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

Необходимую толщину эллиптических днищ вычисляют по уравнению:

(39)

где - расчетное давление, МПа;

- допускаемое напряжение, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва;

- максимальный радиус кривизны днища, мм.

- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

- технологическая прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм.

Максимальный радиус кривизны днища определяется по формуле:

, (40)

где - внутренний диаметр абсорбера, мм;

H - высота днища, мм.

[6, c. 440]

Толщину эллиптического днища принимаем равной 6мм, исходя из условий соответствующих толщине обечайки.

Расчет фланцевых соединений, проверка на прочность и герметичность:

Для внутреннего давления Р_р=0,1 МПа применяем фланец плоский приварной встык (0,1-1,6 Мпа).

Принимаем толщину втулки 7мм, что удовлетворяет условию:

мм

и

мм

Толщина втулки определяем по формуле:

м



где =2, при [1, рис. 1.39].

Высота втулки

м

Эквивалентная толщина втулки фланца:

, (41)

мм

Диаметр болтовой окружности:

, (42)

= 0,6 + 2(0,014 + 0,02 + 0,006) = 0,660 м

где м, м при Р=0,1МПа и D=0,6м [1, см табл. 1.40]

Наружный диаметр фланца:

, (43)

= 0,660 + 0,040 = 0,700 м

где а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца.

а= 40мм - для шестигранных гаек [1, см табл. 1.41]

Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия



, (44)

= 0,660 - 0,030 = 0,630 м

где е =30м - для плоских прокладок при м [1, см табл. 1.41]

Средний диаметр прокладки:

, (45)

= 0,630 - 0,012 = 0,618 м

где b =12м - ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра D=0,6м

Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

, (46)

где t_ш - рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления.

t_ш = 2,2 d_б = 2,220 = 44 _мм

Высота ( толщина ) фланца ориентировочно:

, (47)



где л_ф = 0,517 - коэффициент, принимаемый по номограмме. [1, рис. 1.40]

Принимаем h_ф= 0,05 м

Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной типа «шип-паз»

, (48)

м

где =2мм - высота стандартной прокладки

Равнодействующая от сил внутреннего давления (МН):

, (49)

МН

Реакция прокладки:

, (50)

= МН;

=1 - для паронита [1, см табл. 1.44]

- эффективная ширина прокладки, м

Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций



, (51)

где б_ф, б_б - соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов ; [1, табл. XI]

t_ф, t_б - соответственно температуры фланца, болтов,

y_б, y_п, y_ф - податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, определяемые по формулам:

, (52)

где E_б - модуль упругости материала болтов =1,910⁵ [1, табл. VII]

f_б - расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы; f_б = 14,410^-4 мІ - для болтов с диаметром 2_мм.

l_б - расчётная длина болта.

м

Податливость прокладки:

, (53)

где МПа - для прокладки из паронита. Податливость фланцев:



, (54)

где Е - модуль упругости материала фланца, Н/м²;

v, л_ф - безразмерные параметры.

, (55)

, (56)

МН

Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:



, (57)

Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

, (58)

где: F - внешняя осевая растягивающая ( + ) или сжимающая ( - ) сила

МН

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

, (59)

МН

Приведённый изгибающий момент:

, (60)

=160МПа, =141 МПа - допускаемые напряжения при температуре 20°С и 30 °С.

МНм

Проверяем условия прочности болтов:

, (61)

, (62)

Т_ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

, (63)

Максимальное напряжение в сечении размером



МПа

где =1,7 при в=2 и [1, рис. 1.42].

Окружное усилие в конце фланца:

, (64)

МПа:

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

Мпа

Меридиональное

МПа

Проверяем условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S₁:

, (65)

- напряжение в сечении

, (66)



= 1,86·0,564·0,1647/[0,6(0,014-0,0006)²] = 64МПа

МПа

условие прочности выдержано.

Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S₀:

, (67)

условие прочности выдержано.

где [у]₀ - допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений. . [у]₀ = 400 МПа.

Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота фланца:

, (68)

где - допустимый угол поворота кольца условие герметичности выдержано.



4. Основные неполадки оборудования и методы их устранения

К аппаратам, работающим с взрывоопасными веществами, предъявляют жёсткие требования: обеспечение герметичности, высокие антикоррозионные свойства и так далее. С этой целью стоит строго соблюдать и контролировать технологический режим, соблюдать основные параметры (температура процесса, давление в аппарате). Для обеспечения безопасности все аппараты снабжены автоблокировками, различными предохранительными устройствами.

Основные неполадки при работе абсорбционных колонн--это пропуск в местах пайки, что проявляется промерзанием в этом месте изоляции аппарата и появлением на кожухе снеговых пятен. Обнаруженные неплотности исправляют пайкой мягким припоем марки ПОС-40 при очередном ремонте аппарата. Нарушение герметичности в месте крепления тарелки к обечайке может привести к ухудшению процесса абсорбции, выражающемуся обычно в снижении чистоты отходящего газа. Это становится особенно заметным, когда по каким-либо причинам насадки выходят из пазов, оседают или перекашиваются. В таком случае необходимо демонтировать аппарат, распаять колонну, вновь установить насадки и тщательно пропаять их по всей окружности.[4]

Ещё одна неполадка - это когда давление верха абсорбционной колонны повышается до значения выше нормы. Причинами могут быть выход из строя регулятора давления абсорбционной колонны. В этом случае следует перейти в байпас регулятора и устранить неисправность. [5]

В технологическом процессе может повышаться температура, если неисправен регулятор температуры. В этом случае немедленно нужно остановить подачу газов и абсорбента и исправить неисправность. [5]



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За последние годы актуальность данной темы значительно выросла в области химической отрасли, так как процесс абсорбции в химической промышленности может выступать в качестве очистного оборудования для удаления примесей в газовых смесях, исключая большие потери ценного материала.

Процесс абсорбции в настоящее время очень актуальная тема для химической промышленности, так как сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

В ходе курсовой работы был рассчитан абсорбционная колонна насадочного типа. Были подобраны различные размеры (диаметр, высоты и т.д.) для конструктивного сбора колонны. Так же был проведен гидравлический расчет колонны и полный механический расчет (обечайки, днищ, фланцевых соединений и т.д.). Высота насадочной абсорбционной колонны составила 6.5 метров, когда диаметра 0.6 метров. Конструктивно был выбран два слоя насадки и керамический тип насадки (кольца Рашига 25х25х3).

Целью курсовой работы являлось изучение процесса абсорбции, технологической схемы процесса и подробный расчет абсорбционной колонны, а так же расчет на гидравлические сопротивления и механический расчет. Таким образом, поставленная цель работы полностью выполнена.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Ленинград «Машиностроение» 1984г.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 7-е, перераб. Изд-во «Химия», 1970.

3. «Расчет тарельчатых абсорбционных колонн» под ред. В А. Иванова, Москва, 1985. ;

4. Глизманенко. Получение кислорода абсорбцией, изд. Москва, 1988.

5. Пеликс А.А., Аранович Б.С., Петров Е.А. Химия и технология сероуглерода, 1987.

6. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. - Л.: Машиностроение, 1970.

7. В.М. Рамм. «Абсорбция газов».М., «Химия», 1976г.

8. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.

Размещено на Allbest.ru

...