Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Факультет переработки природных соединений

Кафедра промышленной экологии, процессов и аппаратов химических производств

Курсовой проект

Проект абсорбционной установки

Содержание

Введение

1. Расчет абсорбера

1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

1.2 Расчет движущей силы массопередачи

1.3 Расчет коэффициента массопередачи

1.4 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

1.5 Расчет коэффициентов массоотдачи

1.6 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера

2. Расчет холодильника

2.1 Расчет температурного режима холодильника

2.2 Расчет тепловой нагрузки аппарата

2.3 Расчет максимальной поверхности теплопередачи

2.4 Расчет коэффициента теплопередачи

2.5 Расчетная площадь поверхности теплопередачи

2.6 Необходимое число аппаратов

3. Расчет трубопроводов

3.1 Расчет трубопровода для воды

3.2 Расчет трубопровода для воздуха

4. Расчет центробежного насоса

4.1 Расчет полного гидравлического сопротивления вентилятора

4.2 Выбор вентилятора для подачи воздуха

Заключение

Список использованных источников

Реферат

В данной курсовой работе приведены результаты разработки абсорбционной установки по улавливанию SO₂ из его смеси с воздухом производительностью 1000 м³/час по воздуху. Тип абсорбера - насадочный. Начальная концентрация SO₂ в воздухе 6 %, в жидком поглотителе 0%. Общее давление в абсорбере составляет 1 атм., коэффициент избытка жидкого поглотителя равен 1,3 . В состав установки включены: холодильник для охлаждения газа с 150 ⁰С до 15 ⁰С, трубопроводы газа и воды, центробежный насос.

абсорбер холодильник теплопередача насос

Введение

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, растворы жидкостей и др.), причем наиболее часто процессы массопередачи используются для разделения гомогенных систем.

Абсорбция - поглощение газов или паров из газовой или паро-газовой смеси жидкими поглотителями (абсорбентами), т. е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой фазы в жидкую. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

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 поглощенного газа из раствора - десорбция.

В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств (абсорбция SO₂ в производстве серной кислоты, абсорбция окислов азота в производстве азотной кислоты и др.). Кроме того абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей

(очистка топочных газов от SO₂, очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся в производстве минеральных удобрений и тд.)

Промышленное проведение абсорбции может сочетаться или не сочетаться с десорбцией. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При таком круговом процессе поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

Очистка топочных газов от SO₂ производиться с целью санитарной очистки воздуха, выпускаемого в атмосферу, а извлекаемый компонент обычно используют в производстве.

1. Расчет абсорбера

1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расход поглотителя

Массу серы M, кг/с переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального баланса

M = G(Y_н - Y_k) = L(X_k - X_н), (1.1)

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

X_k ,X_н - начальная и конечная концентрация серы в воде, кг SO₂ /кг воды;

Y_н ,Y_k - начальная и конечная концентрация азота в воздухе, кг SO₂ /кг возд.

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

Y_н = (M _SO2 - y_н)/(M_возд(1 - y_н)), (1.2)

Подставив значения в формулу (1.2), получим

Y_н = (64*0,06)/64(1-0,06)=0,063 кг SO₂/кг возд.

Y_к = Y_н(1-С_п), (1.3)

где С_п - степень поглощения.

Подставив значения в формулу (1.3), получим

Y_к = 0,063(1 - 0,95) = 0,00315 кг SO₂/кг возд.

Y_н*=0,98*Х_к, (1.4)

По графику находим значение

Y_к* = 0,097, (1.5)

Х_к = Х_к*/Ш, (1.6)

По графику находим значение

Х_к*=0,076, (1.7)

где Y_н*, Y_к* - относительные концентрации азота в воздухе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе на входе и выходе из абсорбера, кг SO₂/кг возд.;

Х_к* - относительная концентрация азота воде, равновесная с газом, кг SO₂/кг воды;

Ш - коэффициент избытка жидкого поглотителя.

Подставив значения в формулу (1.6), получим

Х_к = 0,076/1,3 = 0,0584 кг SO₂/кг воды

Подставив значения в формулу (1.5), получим

Y_н* = 0,98*0,0584 = 0,05723 кг SO₂/кг возд.

Расход инертной части газа, G, кг/с рассчитываем по формуле

G = V*p, (1.8)

где V - производительность установки по диоксиду серы, м³/с;

p = p₀(T₀p/Tp₀) (1.9)

Т - температура газа, К;

Р - давление, атм.

Подставив значения в формулу (1.9), получим

p = 0,77(273*1/(273+15)*1) = 0,6635 кг/ м³

Подставим значения в формулу (1.10), получим

G = 0,27*0,6635 = 0,550 кг/с

По формуле (1.1) производительность абсорбера, М, кг/с по поглощаемому компоненту

М = 0,550(0,063 - 0,00315) = 0,0329 кг/с

Расход поглотителя, L, кг/с рассчитываем по формуле

L = G(Y_н - Y_к)/(Х_к - Х_н), (1.10)

Подставив значения в формулу (1.10), получим

L =0,550(0,063 - 0,00315)/(0,0584-0) = 0,5636 кг/с.

1.2 Расчет движущей силы массопередачи

Движущая сила в единицах концентрации газовой фазы, ДY_ср, кг SO₂/кг возд. рассчитываем по формуле

ДY_ср = (ДY_б + ДY_м )/2, (1.11)

где ДY_б и ДY_м - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг /кг возд.

В данном примере

ДY_б = Y_н - Y_н*; (1.12)

ДY_м = Y_к - Y_к*. (1.13)

Подставив значения в формулу (1.12), получим

ДY_б = 0,063 - 0,05723 = 0,0011 кг SO₂/кг возд.

Подставив значения в формулу (1.13), получим

ДY_м = 0,00315 - 0 = 0,00315 кг SO₂ /кг возд.

Подставив значения в формулу (1.11), получим

ДY_ср = (0,0011 + 0,00315)/2 = 0,0051 кг SO₂/кг возд.

Число единиц переноса находим методом графического интегрирования. По данным таблицы исходных данных строим равновесную линию АВ. На этом же графике нанесена рабочая линия СD. Всего получено 4,82 ступени (последняя ступень равна отношению отрезков Dd/ef=0,82 N_oy=4,82

1.3 Расчет коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи К_у, кг/м²с находят по уравнению

(1.15)

где - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м² с)

m - коэффициент распределения, кг воды/кг возд.

Выбираем регулярную насадку - керамические кольца Рашига размером 50х50х5; удельная поверхность насадки а = 110 м²/м³; свободный объем е = 0,735 м³/м³; эквивалентный диаметр d_э=0,027 м; насыпная плотность p = 650 кг/м³; число штук в 1 м² = 8500.

1.4 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Диаметр абсорбционной колонны D (в м) рассчитываем по уравнению расхода для газового потока

,(1.16)

где V - расход газа переходящего через абсорбер, м³/с;

- скорость газа, отнесенная к полному поперечному сечению колонны, м/с.

Скорость газа находим следующим путем. Сначала рассчитываем фиктивную скорость газа _з в точке захлебывания (инверсии) по уравнению при (р_{ж >>}р_г)

(1.17)

где - удельная поверхность насадки, м²/м³;

- фиктивная скорость газа в точке захлебывания, м/с;

м_ж - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа с;

А = 0,22;

L, G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с.

V - свободный объем насадки, м²/м³

Затем определяем рабочую скорость газа , принимая для абсорберов, работающих в пленочном режиме

, (1.18)

Подставив значения в формулу (1.17), получим

м/с

Подставив значения в формулу (1.16) получим

м

Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера d = 0,8 м.

При этом действительная скорость газа в колонне

м/с

Действительная рабочая скорость газа в колонне w, м/с находится

2,32(0,69/0,8) ² = 1,72 м/с.

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитываем по формуле

U=L/(pS) (1.19)

где S - площадь поперечного сечения абсорбера, м².

Подставив, получим

U=0,5636/1000*0,785*0,8² = 1,122? 10^-3 м³/(м³ с)

1.5 Расчет коэффициентов массоотдачи

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе , м/с находят из уравнения

,(1.20)

где - критерий Рейнольдса для газовой фазы на насадке;

- диффузионный критерий Прантля для газовой фазы;

= вязкость газа, Па с;

- диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Отсюда , м/с

(1.21)

где - средний коэффициент диффузии серы в газовой фазе, м²/с;

Коэффициент диффузии серы в газовой фазе, D_y, м²/c рассчитываем по формуле

(1.22)

где D_г - коэффициент диффузии, м²/c;

T - температура, K;

P - давление (абсолютное), кгс/см²;

M_A, M_B - мольные массы диоксида серы и воздуха, кг/моль;

, - мольные объемы диоксида серы и воздуха в жидком состоянии, см³/моль.

Подставив значения в формулу (1.21), получим

м²/c

Pr_г=

Подставим значения в формулу (1.20), получим

Затем подставим значения в формулу (1.21)

кг/( м²/c)

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок

Nu_х=0,0021Re_х^0,75Pr_х^0,5, (1.23)

где Nu_ж=/D_ж - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда , м/с

, (1.24)

где D_ж - средний коэффициент диффузии диоксида серы в жидкой фазе, м²/с;

=- приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;

Re_ж = 4L/Sм_ж - модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

Pr_ж = м_ж/p_жD_ж - диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

Коэффициент диффузии D_ж, м²/с при температуре t связан с коэффициентом диффузии D₂₀, м²/с при температуре 27⁰С.

D_ж= (1.25)

где - мольные объемы серы и воздуха в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см³/моль;

М_А,M_B - мольные массы соответственно серы и воздуха, кг/моль.

D_ж - коэффициент диффузии, м²/с;

- динамический коэффициент вязкости, МПа с.

Подставив значения в формулу (1.25), получим

D_ж = м²/с

Re_ж=

Pr_ж=

Подставим в формулу (1.23), получим

Затем подставим в формулу (1.24), получим

Выразим в выбранной для расчета размерности, кг/(м²/с)

кг/(м²/с)

По уравнению (1.15) рассчитаем коэффициент массопередачи в газовой фазе К_y

К_у = =0,0078 кг/м²с

1.6 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера

Поверхность массопередачи F, м² в абсорбере рассчитываем по формуле

F=M/(K_yДY_ср), (1.26)

Подставив значения в формулу (1.26), получим

F = 0.032/(0,0078*0,0051) = 820,51 м²

Высоту единиц переноса рассчитываем по формуле

H_0y=G/K_y? S ?ш?у, (1.27)

где G - массовый расход газа, кг/с;

K_y - коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/м²с;

S - площадь поперечного сечения абсорбера, м²;

- коэффициент смоченности насадки, принимаем Ш_а = 0,95;

у - удельная поверхность насадки, м²/м³.

Подставив значения в формулу (1.27), получим

H_0y=0,550/0,0078?0,502?0,95?110=1,33 м

Высота насадки, H_н, м необходимая для создания этой поверхности массопередачи рассчитывается по формуле

H_н = N_oy*H_oy, м (1.28)

где N_oy - число единиц переноса, шт;

H_oy - высота единиц переноса, м;

Подставив значения в формулу (1.28), получим

Н_н = 1,33?4,82 = 6,41 м

По рассчитанным данным к установке принимаем один абсорбер высотой 7 м.

Во избежание значительных нагрузок на нижние слои насадки ее укладывают в колонне ярусами по 20 - 25 решеток в каждом. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные опоры. Расстояние между ярусами составляет обычно 0,3 - 0,5м.

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 каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). Примем эти расстояния равными соответственно 0,5 и 0,8 м.

Тогда общая высота одного абсорбера, Н_а, м определяется по формуле

Н_а = Н_н+ Z_В + Z_H. (1.29)

Подставив значения в формулу (1.29), получим:

Н_а = 7+0,5+0,8 = 8,3 м.

2. Расчет холодильника

2.1 Расчет температурного режима холодильника

Температурная схема процесса показана на рисунке 1

Рисунок 1 - Схема температурного режима теплообменника

Для охлаждения газовой смеси принимаем артезианскую воду с температурой 5⁰С.

Большая разность температур в теплообменнике t_б,⁰С, находится по формуле

t_б =t_1н-t_1к, (2.1)

где t_1н,t_1к - начальная и конечная температуры воздушной смеси,⁰С.

Подставив значения в формулу (2.1), получим t_б =150-50=100 ⁰С

Меньшая разность температур в теплообменнике, t_м ,⁰С, находится по формуле

t_м =t_2к-t_2н, (2.2)

где t_2н,t_2к - начальная и конечная температуры воды,⁰С.

Подставив значения в формулу (2.2), получим

t_м= 15-5=10 ⁰С

Средняя разность температур в теплообменнике, t_ср ,⁰С, находится по формуле

t_ср= (2.3)

Подставив значения в формулу (2.3), получим

t_ср = = 17,9 ⁰С

Средняя температура воды t_2,⁰С находится по формуле

t₂=0,5(t_б-t_м), (2.4)

Подставив значения в формулу (2.3), получим

t₂=0,5(50+5)=27,5 ⁰С

Средняя температура газовой смеси t₁,⁰С находится по формуле

t₁=t₂+Дt_ср,. (2.5)

Подставив значения в формулу (2.3), получим

t₁=27,5 + 17,9=45,4 ⁰С

2.2 Расчет тепловой нагрузки аппарата

Расход теплоты Q,Вт, при нагреве воды определяем по формуле

Q=G₁ c₁(t_1к-t_1н), (2.6)

где G₁ - расход воздуха, кг/с;

с₁ - средняя удельная теплоёмкость воздуха, Дж/кг*К;

t_1н и t_1к-начальная и конечная температуры воздуха соответственно,⁰С.

Подставив значения в формулу (2.6), получим

Q=0,55*1,293*10³(150-15)=144881 Вт

Расход воды на охлаждение воздуха G₂, кг/с определяем по формуле

G₂=Q/с₂(t_2k-t_2н), (2.7)

где с₂ - удельная теплоемкость воды, Дж/кг*К.

Подставив значения в формулу (2.6), получим

G₂=144881/4190(50-5)=0,82 кг/с

2.3 Расчет максимальной поверхности теплопередачи

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По таблице 4.8 [1] минимальное значение теплопередачи случая теплообмена от газа к жидкости (холодильники К_min=10 Вт/(м²К)) Принимаем вид теплообмена для вынужденного движения жидкости.

Максимальная поверхность теплопередачи, F_max, м² определяется по формуле

F_max=Q/ (К_mint_ср) (2.8)

Подставив значения в формулу (2.8), получим

F_max=144881/(10*65,8)=320,5 м²

Ориентировочно принимаем холодильник типа ХН с трубами 25*2 мм, диаметром кожуха внутренним D=325 мм, число труб n=62 штуки, длиной труб l=1,5 м, поверхностью теплообмена F=7,5 м².

2.4 Расчет коэффициента теплопередачи

, (2.9)

где ₁ - коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке, Вт/м²К;

₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, Вт/м²К;

- сумма сопротивлений стенки, Вт/м²К.

Ориентировочно рассчитываем коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке ₁', Вт/м²К по формуле

₁'= Nu₁*л₁/d₁ , (2.10)

где ₁- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/мК

Nu₁-критерий Нуссельта для воздуха,

d₁ - средний диаметр труб,м.

Определим критерий Нуссельта, Nu, для воздуха по формуле

Nu = 0,18Re^0,8, (2.11)

где Re - критерий Рейнольдса,Re, для воздуха, определяется по формуле

Re = , (2.12)

где W₁-скорость воздуха в межтрубном пространстве, м/с

- плотность воздуха, кг/м³;

м₁ - вязкость воздуха, Пас.

Скорость воздуха в межтрубном пространстве, W₁,м/с определяется по формуле

W₁=V₁/S₁, (2.13)

где V₁-производительность установки по диоксиду серы из задания,м³/с;

S₁ - площадь межтрубного пространства по таблице 4.12 [2],м².

По формуле (2.13) находим скорость воздуха,W₁ в межтрубном пространстве

W₁=0,27/(2,9*10^-2) = 9,3 м/с

Подставив значения в формулу (2.12), получим

Re =(9,3*0,025*1,293)/0,022*10^-3=16827

Подставив значения в формулу (2.11), получим

Nu=0,18*16827^0,8 =582

Подставив значения в формулу (2.10), получим

₁' = (582*0,0326)/0,025 = 792,94 Вт/м²К

Ориентировочный рассчитываем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к метиловому спирту,₂', Вт/м²К по формуле

₂'=(Nu₂ )/d, (2.14)

где ₂ - коэффициент теплопроводности воды, Вт/м;

Nu - Критерий Нуссельта.

Критерий Нуссельта ,Nu, рассчитываем по формуле

Nu=0,021 Re^0,8 Pr^0,43 (Pr/Pr_ст)^0,25 (2.15)

где Pr -критерий Прандтля воды;

Pr_ст - критерий Прандтля стенки;

Для наших условий Критерий Прандля воды, Pr рассчитываем по формуле

Pr=с₂₂/₂ (2.16)

Подставив значения в формулу (2.16), получим

Pr= 4190*0,84525*10^-3/61,33*10^-2 = 5,77

Объемный расход воды, V₂, м³/с определяем по формуле

V₂ = G₂/р, (2.17)

Подставив значения в формулу (2.17), получим

V₂ = 1,94/1000 = 0,00194 м³/с

Скорость воды, W₂, м/с, рассчитываем по формуле (2.13):

W₂=0,00194/(0,785*62*0,021²*) = 0,09 м/с

Критерий Рейнольдса, Re, рассчитываем по формуле (2.12)

Re =(0,09*0,021*995,7)/0,84525*10^-3=2576

Задаемся (Pr/ Pr_ст ) = 0,93, тогда критерий Нуссельта, Nu', будет

Nu'=0,021*2576^0,8*5,77^0,43*0,93 = 21,64

Тогда коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, ₂^,, Вт/м²К по формуле (2.14)

₂ ^, = 21,64 •0,6133/0,021= 579,4 Вт/м²К

Для расчета суммы сопротивлений стенки и её загрязнений принимаем тепловые проводимости загрязнений со стороны воды 5800 Вт/м²К и со стороны воздуха 2800 Вт/м²К таблица ХХХ1 [2], коэффициент теплопроводности стали_ст=45,6 Вт/мК таблица ХХVIII, тогда сумму сопротивлений, , Вт/(м²К ) рассчитываем по формуле

=1/r_загр1+ /_ст+1/r_загр2 (2.18)

1/=1/(1/5800+0,002/46,5+1/2800) = 2396,7

Тогда коэффициент теплопередачи, К', Вт/(м²К) формуле (2.9) будет

К'== 307,7 Вт/(м²К)

Определяем ориентировочную величину удельного теплового потока, q', Вт/м², по формуле

q'=Q/F=K't_ср (2.19)

Подставив значения в формулу (2.19), получим

q'= 307,7•65,8 = 20246,2

Температура стенки со стороны воздуха, t_cт1 ,⁰С находится по формуле

t_cт1=t₁- q'/_. (2.20)

Подставив значения в формулу (2.20), получим

t_ст1=93,3-20246,2/905,5 =70,9 ⁰С

Температура стенки со стороны воды, t_cт2 ,⁰С, рассчитывается по формуле

t_cт2=t₂+ q'/₂' . (2.21)

Подставив значения в формулу (2.21), получим

t_cт2=27,5 + 20246,2/579,4 = 62,4 ⁰С

Определим ориентировочные значения разности температур, t_ст,⁰С по формуле

t_ст=t_cт1-t_ст2, (2.22)

Подставив значения в формулу (2.22), получим

t_ст=70,9 - 62,4 = 8,5 ⁰С

Разность температур, t₁' , ⁰С, определяется по формуле

t₁'= t₁-t'_ст1, (2.23)

Подставив значения в формулу (2.23), получим

t₁'=93,3 - 70,9 = 22,4 ⁰С

Разность температур, t₂' , ⁰С, определяется по формуле

t₂'= t'_ст2 - t₂, (2.24)

Подставив значения в формулу (2.24), получим

t₂'= 62,4 - 27,5 = 34,9 ⁰С

Проверка суммы t_cр

Д t_cр = t₁' + t₂' + t_ст. (2.25)

Подставив значения в формулу (2.25), получим

Д t_cр = 22,4 +34,9 +8,5 = 65,8

Введем поправочные коэффициенты теплопередачи, определив (Pr/Pr_ст)^0,25. Критерии Прандля ,Pr_ст2, при температуре стенки 62,4⁰С для воды равен

Pr_ст2= , (2.26)

Подставив значения в формулу (2.26), получим

Pr_ст2= 4180• 0,455•10^-3/0,659= 2,9

Коэффициент теплоотдачи для воды, ₂, Вт/м²К определяем по формуле

₂=₂'(Pr/Pr_ст)^0,25, (2.27)

Подставив значения в формулу (2.27), получим

₂=579,4 (5,77/2,9)^0,25 = 689,5 Вт/м²К

Критерии Прандля, Pr_ст1, при температуре стенки 70,9⁰С для воздуха

Pr_ст1= , (2.28)

Подставив значения в формулу (2.28), получим

Pr_ст1=( 29,2• 0,02•10^-3 )/0,03025 = 0,0193

Определяем критерий Прандля, Pr_1, для воздуха при температуре 93,3⁰С

Pr₁=( 29,3• 0,022•10^-3 )/0,0326 = 0,0196

Коэффициент теплоотдачи дя воздуха ,₁ ,при температуре 70,9⁰С определяем по формуле

₁ = 905,5 (0,0196/0,0193)^0,25 = 904,4 Вт/м²К

Находим уточненное значение коэффициента теплопередачи, К, Вт/м²К

К= Вт/м²К

Тогда величина удельного теплового потока, q, Вт/м² по формуле (2.19)

q= 336,7•65,8 = 22154,9 Вт/м²

Уточняем значения температуры стенки,⁰С

t_cт1 = 93,3 - 22154,9/904,4 = 68,8⁰С

t_cт2 = 27,5 + 22154,9 /689,5 = 59,6⁰С

2.5 Расчетная площадь поверхности теплопередачи

Площадь поверхности теплопередачи Fр',м² определяем по формуле

Fр'=Q/q, (2.29)

Подставив значения в формулу (2.29), получим

Fр'=144881/22154,9 = 12,5 м²

С запасом 10%

Fр=12,5•1,1 = 13,2 м²

Принимаем аппарат с длиной труб 1,5 м, при этом площадь поверхности теплообмена одного аппарата, F, м² по среднему диаметру труб составит

F=Пd_срnL, (2.30)

где n - количество труб, шт;

L - длина труб, м;

Подставив значения в формулу (2.30), получим:

F= м².

2.6 Необходимое число аппаратов

Количество аппаратов, N, шт., рассчитываем по формуле

N=F_р/F (2.31)

Подставив значения в формулу (2.31), получим N=13,2/6,72=2,3 шт

Принимаем 3 аппарата, запас поверхности теплообмена ,З,%, при этом составит

З=(F N - F_p')/F_p100 (2.32)

Подставив значения в формулу (2.32), получим

З=(6,72 • 3-13,2)/18,2•100 = 11 %

Запас поверхности теплообмена достаточен, оставляем принятый холодильник.

3. Расчет трубопроводов

3.1 Расчет трубопровода для воздуха

При заданном расходе V=1,6 м³/с принимаем ориентировочное значение скорости воздуха в трубопроводе W=15 м/с, диаметр трубопровода, d_ор, м, составит

d_ор=, (3.1)

где V- производительность установки по воздуху, м³/с;

w- скорость воздуха, м/с.

Подставляя значения в формулу (3.1), получим

d_ор= м

Выбираем стандартный размер трубопровода 177 мм, у которого внутренний диаметр составит, d=157 мм. Трубопровод выполнен из углеродной стали.

В соответствии с выбранным диаметром уточняем значение скорости w, м/с, в трубопроводе:

w = , (3.2)

где V-производительность насосной установки, м³/с;

d-диаметр трубопровода, м.

Подставляя значения в формулу (3.2), получим

w = 0,27(0,785*0,177²)= 5,76 м/с

3.2 Расчет трубопровода для воды

Определим расход воды в абсорбере V, м³/с по формуле

(3.3)

где - расход чистого поглотителя, кг/с;

- плотность поглотителя, кг/м³.

Подставляя значения в формулу (3.3), получим

м³/с

При полученом расходе V=0,0016•10^-3 м³/с принимаем скорость воды 1,5 м/с, диаметр трубопровода, d_ор, м, составит

d_ор=, (3.4)

где V- производительность установки по воде, м³/с;

w- скорость воды, м/с.

Подставляя значения в формулу (3.1), получим

d_ор= м

Выбираем стандартный размер трубопровода 42 мм, у которого внутренний диаметр составит, d = 36 мм.

В соответствии с выбранным диаметром уточняем значение скорости , м/с, по формуле (3.2) в трубопроводе:

w = 0,0016•10^-3/(0,785*36²) = 0,336 • 10^-7 м/с

4. Расчет вентилятора

4.1 Расчет полного гидравлического сопротивления вентилятора

Гидравлическое сопротивление вентилятора, Дp_в, Па, рассчитываем по формуле

Дp_в=Дp_тр+ Дp_т+ Дp_а, (4.1)

где Дp_тр- полное гидравлическое сопротивление трубопровода. Па;

Дp_т- полное гидравлическое сопротивление теплообменника, Па;

Дp_а- полное гидравлическое сопротивление абсорбера, Па.

Полное гидравлическое сопротивление трубопровода, Дp_тр, Па, рассчитывается по формуле

, (4.2)

где щ- скорость воздуха в трубопроводе, м/с;

с- плотность воздуха, кг/м³;

л- коэффициент трения трубопровода, Дж/кг, рис. 1.5 с.22 [2] ;

L- длина трубопровода, м:;

d_э- эквивалентный диаметр трубопровода, м;

ж- коэффициент местного сопротивления, таблица 13 [2];

g- ускорение свободного падения, м/с²;

h- высота подачи воздуха, м;

p₁, p₂- давление в пространстве, из которого и куда вентилятор забирает и подает воздух, Па.

Подставляя числовые значения в формулу (4.2), получим



Полное гидравлическое сопротивление холодильника, Дp_т, Па, рассчитывается по формуле

(4.3)

где л- коэффициент трения в межтрубном пространстве, Дж/кг, рис. 1.5 с.22 [2] ;

n- число ходов, шт;

L- длина одного хода, м;

щ- скорость в межтрубном пространстве, м/с;

d_э- диаметр кожуха, м.

Подставив числовые значения в формулу (4.3), получим

Полное гидравлическое сопротивление абсорбера, Дp_а, Па, рассчитываем по формуле

(4.4)

где л- коэффициент сопротивления при прохождении газа через слой насадки, Дж/кг, рис. 1.5 с.22 [2] ;

H- высота слоя насадки, м;

d_э- эквивалентный диаметр, м;

щ- скорость воздуха в свободном сечении насадки, м/с.

Подставив числовые значения в формулу (4.4), получим

Подставив полученные значения в формулу (4.1), получим:

4.2 Выбор вентилятора для подачи воздуха

Вентилятор для подачи воздуха выбирается по полному гидравлическому сопротивлению и по расходу воздуха.

Таблица 1 Технические характеристики центробежного вентилятора марки ЦП-40-8К

Наименование характеристики	Значение
Производительность,м3/с	1,39-6,95
Полный гидравлический напор, Па	1470-3820
Частота вращения, с-1	26,65

Заключение

Анализ результатов расчета насадочного абсорбера показывает, что основное диффузионное сопротивление массопереносу в этом процессе сосредоточено в жидкой фазе, поэтому можно интенсифицировать процесс абсорбции, увеличив скорость жидкости. Для этого нужно увеличить либо расход абсорбента, либо уменьшить диаметр абсорбера, Увеличение расхода абсорбента приведет к соответствующему увеличению нагрузки на систему регенерации абсорбента, что связано с существенным повышением капитальных и энергетических затрат (возрастают расходы охлаждающей воды и размеры холодильника). Уменьшение диаметра абсорбера приведет к увеличению рабочей скорости газа, что вызовет соответствующее возрастание гидравлического сопротивления абсорбера.

Повышение интенсивности процесса приводит к значительному уменьшению диаме6тра колонны при некотором возрастании высоты насадки и к существенному повышению гидравлического сопротивления.

Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры абсорбера некоторых явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание, неизотермичность процесса и др.), которые в ряде случаев могут привнести в расчет существенные ошибки. Эти явления по-разному проявляются в аппаратах с насадками разных типов. Оценить влияние каждого из них можно воспользовавшись специальной литературой.

Список использованных источников

1. Борисов Г.С. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Борисов Г.С., Брюков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Под редакцией Дытнерского Ю.И.,М.: Химия. 1991. - 496 с.

2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/ Павлов К.Ф, Романков П.Г., Носков А.А., М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. - 576с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов, М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753 с.

Размещено на Allbest.ru

...