Колонна-абсорбер
Условия равновесия и движущей силы процесса. Рабочая линия адсорбции. Определение скорости газа, диаметра и высоты абсорбера, числа его тарелок, коэффициентов массоотдачи. Гидравлический расчет колонны. Расчет толщины обечайки, фланцевого соединения.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.10.2017 |
| Размер файла | 251,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пермский Национальный исследовательский политехнический университет
Кафедра «Машины и аппараты производственных процессов»
Курсовой проект
по дисциплине: «ПАХТ»
на тему «Колонна-абсорбер»
Выполнил:
студент 4 курса, гр. МАПП-10
Чернов Евгений
г. Пермь 2014 г.
Техническое задание
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=12000 мі/ч. Содержание ацетона в паровоздушной смеси 10% об. В абсорбере улавливается 98% ацетона. Растворимость ацетона подчиняется закону Рауля. Абсорбер тарельчатый колпачковый.
1. Технологический расчет
1.1 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:
1.2 Построение рабочей линии
Так как рабочая линия является прямой линией, то для ее построения необходимо знать координаты двух её точек.
Таблица 1
|
0 |
0,004 |
||
|
0,56 |
0,222 |
Рис. 1 Рабочая и равновесная линия адсорбции
Таблица 2 Координаты для построения линии равновесия
|
0 |
0,004 |
||
|
0,84 |
0,222 |
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:
1.3 Расчет движущей силы процесса
Определяем движущую силу внизу аппарата:
Определяем движущую силу вверху аппарата:
Средняя движущая сила определится:
1.4 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
Выбраны колпачковые тарелки.
Для них рабочая скорость газа можно рассчитать по уравнению:
где - диаметр колпачка, м;
- расстояние от верха колпачка до следующей тарелки, м;
плотность жидкой фазы, кг/м3;
сг - плотность газовой фазы при средней концетрации, 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)
1.5 Расчет коэффициентов массоотдачи
Коэффициенты молекулярной диффузии для газа и жидкости:
- учитывает ассоциацию молекул растворителя (для воды)
- мольная масса растворителя мольные объёмы газов:
нац = 74 см3/атом
нвозд = 29,9 см3/атом
Рассчитаем по формулам:
Расчет Яx и Яy 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 22єС
µxвод = 0,98 мПа*с при 22є С
откуда = 71,6 мПа*с
Вязкость газовой фазы рассчитывается по приближенной формуле аддитивности:
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:
ву = 0,46*(су - yср) = 0,46*(1,35 - 0,123) = 0,56 кг/м2с
вх = 0,00038*(сх - xср* сх) = 0,00038*(929 - 0,28*929) = 0,254 кг/м2с
Следовательно, коэффициент массопередачи :
где - тангенс угла наклона к линии равновесия
1.6 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:
f = ц*0,785*d2
где ц - доля рабочей площади тарелки, примем ц=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:
n принимаем 34 тарелки
1.7 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,
u=16 - кол-во люков между тарелками.
где Нт = 0,6 м - расстояние между тарелками;
Z1 = 1 м - высота сепарационного пространства;
Z2 = 2,5 м - высота кубового пространства.
Н = 0,6(34-1)+(0.9-0.6)*16+1+2,5 = 28.1 м
2. Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
ДРс = жw2сг/2Fc 2
где - коэффициент сопротивления тарелки с диаметром колпачка Dk=0.1 м;
Fc = 0,123 - относительное свободное сечение колонны.
ДРс = 3,1•1,182•1,35/2•0,1232 = 192.584 Па
Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения
ДРу = 4у/Dk = 4•0,07/0,1 = 2.8 Па
где у = 0,0663 Н/м - поверхностное натяжение воды;
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя
ДРсл = сж·g·h0 = 929•9,8•0,034 = 309,9 Па
Полное сопротивление тарелки
ДРт = ДРс+ДРу+ДРсл = 505,094 Па.
Полное сопротивление колонны
ДРа = 505.094•34 = 17 170 Па.
Расчёт потерь давления на местные сопротивления ()
Полное гидравлическое сопротивление абсорбера
газ абсорбер колонна тарелка
3. 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.
3.1 Толщина обечайки
д = 165 МН/м2 - допускаемое напряжениe,
P = 0.101325 Мпа - давление в абсорбере,
= 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва,
Поправка на коррозию рассчитывается:
- коррозионная проницаемость;
- амортизационный срок службы;
Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки = 8 мм.
Проверка на допустимое давление:
3.2 Расчет днища
= 1 - для днищ, изготовленных из цельной заготовки
По ГОСТ 6533 - 78 примем толщину стенки днища дн = 8 мм.
Рис. 2
h1 = 40 мм
HH = 550 мм
Масса днища mд = 350 кг.
Объем днища Vд = 0.15395 м3.
3.3 Расчет фланцевого соединения
Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ГОСТ 28759.2-90:
D1 = 2330 мм
D2 = 2290 мм
D3 = 2246 мм
b = 55 мм
а1 = 14 мм
Рис. 3
S = 10 мм
d = 23 мм
Pусл = 0,3 МПа
Диаметр болтов - M20,
Количество болтов z = 72
3.4 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 V - 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
|
dусл |
D |
D2 |
D1 |
h |
n |
d |
|
|
50 |
140 |
110 |
59 |
13 |
4 |
М14 |
|
|
500 |
620 |
580 |
544 |
25 |
20 |
М20 |
Рис. 4
3.5 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
с = 7900 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
mк = 1.1(mоб + mт + 2mд )= 1,1(12312.7+34•186+2·350) = 21 270 кг
Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.
Масса воды при гидроиспытании
mв=1000(0,785D2Hц.об+2Vд)=1000(0,785·2.22·28.1+2·0.15395)=107071 кг
Максимальный вес колонны
mmax = 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
Рис. 5
D1 = 2.1 м,
D2 = 2,38 м.
D3 = 2.5 м
S1 = 8 мм
S2 = 25 мм
S3 = 25 мм
d = 60 мм
Фундаментные 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
=Q/A=1.26/1.444=0.872МПа<[]=15МПа - 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 2200мм, высотой 28.1м с количеством колпачковых тарелок (типа ТСК-Р) равным 34.
Список использованных источников
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.
2. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.
4. Рамм В.М. Абсорбция газов. М. : Химия, 1975. 655 с.
5. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004
6. 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
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение скорости пара и диаметра колонны, числа тарелок и высоты колонны. Гидравлический расчет тарелок. Тепловой расчет колонны. Выбор конструкции теплообменника. Определение коэффициента теплоотдачи для воды. Расчет холодильника для дистиллята.
курсовая работа [253,0 K], добавлен 07.01.2016Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя, движущей силы массопередачи, скорости газа, плотности орошения и активной поверхности насадки, коэффициентов массоотдачи, гидравлического сопротивления абсорбера, основных узлов и деталей.
курсовая работа [974,1 K], добавлен 04.02.2011Выбор конструкции аппарата. Описание технологической схемы. Движущая сила массопередачи. Определение скорости газа и диаметра абсорбера с насадкой кольца Рашига. Расчет толщины обечайки. Трубопровод для выхода аммиачной воды. Расчет газодувки, емкостей.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 16.10.2014Материальный баланс абсорбера. Расчет равновесных и рабочих концентраций, построение рабочей и равновесной линий процесса абсорбции на диаграмме. Определение скорости газа и высоты насадочного абсорбера. Вычисление гидравлического сопротивления насадки.
курсовая работа [215,8 K], добавлен 11.11.2013Материальный расчет абсорбера, плотность и массовый расход газовой смеси на входе в аппарат, расход распределяемого компонента и инертного вещества. Определение диаметра, высоты абсобера, характеристика стандартной тарелки. Гидравлический расчет колонны.
курсовая работа [105,2 K], добавлен 06.05.2010Материальный баланс процесса абсорбции. Расчёт движущей силы процесса абсорбции. Средняя логарифмическая разность концентраций. Расчёт диаметра абсорбера. Вязкость абсорбтива при нормальных условиях и константа Саттерленда. Расчёт высоты колонны.
курсовая работа [439,4 K], добавлен 15.10.2015Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя; выбор оптимальной конструкции тарелки. Расчет скорости газа, диаметра и гидравлического сопротивления абсорбера. Оценка расхода абсорбента и основных размеров массообменного аппарата.
реферат [827,2 K], добавлен 25.11.2013Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-вода. Материальный баланс колонны. Скорость пара и диаметр колонны. Гидравлический расчет тарелок, определение их числа и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.05.2011Ректификационная колонна непрерывного действия с ситчатыми тарелками, расчет материального баланса. Дистиллят, кубовый остаток и мольный расход питания. Гидравлический расчет тарелок. Число тарелок и высота колонны. Длина пути жидкости на тарелке.
контрольная работа [89,9 K], добавлен 15.03.2009Составление материального баланса и определение расхода воды. Определение диаметра абсорбера, плотности орошения и активной поверхности насадки, высоты абсорбера по числу единиц переноса. Критерий Прандтля для воды. Скорость воздуха в трубопроводе.
курсовая работа [263,9 K], добавлен 01.04.2013Характеристика процесса ректификации. Технологическая схема ректификационной установки для разделения смеси гексан-толуол. Материальный баланс колонны. Гидравлический расчет тарелок. Определение числа тарелок и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [480,1 K], добавлен 17.12.2014Расчет и проектирование колонны ректификации для разделения смеси этанол-вода, поступающей в количестве 10 тонн в час. Материальный баланс. Определение скорости пара и диаметра колонны. Расчёт высоты насадки и расчёт ее гидравлического сопротивления.
курсовая работа [56,3 K], добавлен 17.01.2011Материальный и тепловой баланс процесса абсорбции. Методы расчета высоты насадки и числа тарелок в абсорбере. Расчет газопромывателей, распыливающего, насадочного и тарельчатого абсорберов, абсорберов с подвижной шаровой насадкой, абсорбера Вентури.
учебное пособие [4,4 M], добавлен 11.12.2012Расчет насадочного абсорбера для улавливания аммиака. Описание абсорбционной установки. Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента. Расчёт диаметра абсорбера, газодувки, насосной установки; тепловой баланс; гидравлическое сопротивление.
курсовая работа [958,3 K], добавлен 10.06.2013Технологические основы процесса ректификации, его этапы и принципы. Определение минимального числа тарелок, флегмового числа и диаметра колонны. Тепловой и конструктивно-механический расчет установки. Расчет тепловой изоляции. Автоматизация процесса.
курсовая работа [300,4 K], добавлен 16.12.2015Расчет аппарата на прочность элементов корпуса при действии внутреннего давления. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки корпуса, находящейся под рубашкой, из условия устойчивости. Расчет укрепления отверстия для люка. Эскиз фланцевого соединения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.12.2013Гидравлический и тепловой расчет массообменного аппарата. Определение необходимой концентрации смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Расчет диаметра колонны, средней концентрации толуола в паре и жидкости.
курсовая работа [171,0 K], добавлен 27.06.2016Определение скорости пара и расчет диаметра ректификационной колонны. Построение кривых изобар пара и жидкости, зависимости диаграммы насыщенных паров от температуры, построение изобары. Расчет конденсатора-холодильника, диаметра штуцеров и кипятильника.
курсовая работа [150,6 K], добавлен 25.09.2015Понятие и виды ректификации. Кинетический расчет тарельчатого ректификационного аппарата для разделения бинарной смеси бензол-толуол графоаналитическим методом. Определение оптимального флегмового числа. Расчет диаметра, высоты и сопротивления колонны.
курсовая работа [695,1 K], добавлен 17.08.2014Технологическая схема ректификационной установки и ее описание. Выбор конструкционного материала аппарата. Материальный баланс. Определение рабочего флегмового числа. Средние массовые расходы по жидкости и пару. Гидравлический и конструктивный расчет.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.02.2016
