Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

1.1 Выбор типа абсорбера

1.2 Гидродинамические режимы работы тарелок

1.3 Типы тарелок

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента

2.2 Определение диаметра абсорбента

2.3 Гидравлический расчет

2.4 Определение необходимого количества рабочих тарелок

2.5 Расчет вспомогательного оборудования

2.5.1 Расчет газопровода и подбор газодувки

2.5.2 Расчет водопровода и подбор насоса

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

абсорбер тарелка газ гидравлический



ВВЕДЕНИЕ

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. Если при этом начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую. С этого наиболее простого случая начнем рассмотрение расчета процесса абсорбции.

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 опытных, полученных на реальных системах.



1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс - выделение поглощенного газа из поглотителя - называется десорбцией.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (например, для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.), для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, при очистке их от ацетона), для санитарной очистки газов (например, отходящих газов от сернистого ангидрида) и т.д.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. Физическую абсорбцию осуществляют, как правило, при температуре окружающей среды (20-40°С) или при пониженных температурах, т.к. растворимость хорошо растворимых газов возрастает с уменьшением температуры. Кроме того, при снижении температуры уменьшается растворимость плохо растворимых газов, т.е. увеличивается селективность и снижаются потери плохо растворимого компонента и загрязнение им извлекаемого газа, а также уменьшаются давление паров абсорбента и его потери.

При химической абсорбции увеличение температуры приводит к значительному росту коэффициента массопередачи и, помимо этого, к возрастанию растворимости множества абсорбентов в разбавителях, а следовательно, к увеличению до определенного предела общей поглотительной способности абсорбента.

При физической абсорбции с повышением парциального давления поглощаемого компонента поглотительная способность абсорбента почти всегда увеличивается приблизительно пропорционально парциальному давлению или концентрации газа. Поэтому количество циркулирующего абсорбента почти не зависит от концентрации извлекаемого газа в исходной газовой смеси.

При химической абсорбции характер изменения растворимости газа с ростом его парциального давления сильно зависит от константы равновесия реакции и степени превращения абсорбента. В результате при увеличении концентрации извлекаемого газа количество циркулирующего абсорбента возрастает.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределяемого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема газовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении температуры процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика - основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие.

В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.

Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость.

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата

В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорберы изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости производится сверху, а газ движется снизу - вверх.

1.1 Выбор типа абсорбера

Все перечисленные типы абсорберов имеют свои достоинства и недостатки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.

Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками - дополнительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости

Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, расходе жидкости, кроме того в барботажных абсорберах легко осуществить отвод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление.

Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки -- тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

В настоящее время в промышленности применяются разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов. По способу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны: 1) с тарелками со сливными устройствами и 2) с тарелками без сливных устройств.

Рисунок 1 - Тарельчатая колонна;

1 - тарелка; 2 - сливные устройства.

Тарельчатые колонны со сливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств -- сливных трубок, карманов и т.п. Нижние колонны трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождение газа через сливное устройство.

Принцип работы колонн такого типа виден из рисунка 1, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляются из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимопротивоположных направлениях. За последнее время все шире применяют сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом -- переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые.

1.2 Гидродинамические режимы работы тарелок

Эффективность тарелок любых конструкций в значительной степени зависит от гидродинамических режимов их работы. Поэтому до описания основных конструкций тарелок рассмотрим эти режимы.

В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают три основных гидродинамических режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный, или инжекционный. Эти режимы отличаются структурой барботажного слоя, которая в основном определяет его гидравлическое сопротивление и высоту, а также величину поверхности контакта фаз.

Пузырьковый режим.

Такой режим наблюдается при небольших скоростях газа, когда он движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз на тарелке, работающей в пузырьковом режиме, невелика.

Пенный режим.

С увеличением расхода газа выходящие из отверстия и прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления барботажного слоя с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает газо-жидкостная дисперсная система -- пена, которая является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения подачи газа. В указанном режиме контактирование газа и жидкости происходит на поверхности пузырьков и струй газа, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботажным слоем при выходе пузырьков газа из барботажного слоя и разрушении их оболочек. При пенном режиме поверхность контакта фаз на барботажных тарелках максимальна.

Струйный (инжекционный) режим.

При дальнейшем увеличении скорости газа длина газовых струй увеличивается, и они выходят на поверхность барботажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Поверхность контакта фаз в условиях такого гидродинамического режима резко снижается.

Следует отметить, что переход от одного режима к другому происходит постепенно. Общие методы расчета границ гидродинамических режимов (критических точек) для барботажных тарелок отсутствуют. Поэтому при проектировании тарельчатых аппаратов обычно расчетным путем определяют скорость газа, соответствующую нижнему и верхнему пределам работы тарелки, и затем выбирают рабочую скорость газа.

1.3 Типы тарелок

Ситчатые тарелки.

Колонна с сетчатыми тарелками представлена на рис.2 и представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1--5 мм. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стаканы 4.

Газ проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. При слишком малой скорости газа жидкость может просачиваться (или «проваливаться») через отверстия тарелки на нижерасположенную, что должно привести к существенному снижению интенсивности массопередачи. Поэтому газ должен двигаться с определенной скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание жидкости через отверстия тарелки.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну.

Рисунок 2 - Ситчатая колонна;

а - схема устройства колонны; б - схема работы тарелки;

1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - переливная труба; 4 - стакан.

Разновидностью абсорберов с ситчатыми тарелками являются так называемые пенные абсорберы, тарелки которых, как указывалось, отличаются от ситчатых конструкцией переливного устройства. При одинаковом числе тарелок эффективность пенных аппаратов выше, чем эффективность абсорберов с ситчатыми тарелками. Однако вследствие большой высоты пены на тарелках гидравлическое сопротивление пенных абсорберов значительно, что ограничивает область их применения.

Колпачковые тарелки

Менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками (рисунок 3). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость.

Рисунок 3 - схема работы колпачковой тарелки;

1 - тарелка; 2 - газовые патрубки; 3 - колпачки; 4 - сливные трубки.

Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми, более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет тарельчатого абсорбера (тарелки колпачковые)

Рассчитать тарельчатый абсорбер для поглощения водой сернистого газа (SO₂) из смеси его с воздухом.

Исходные данные:

1. Количество перерабатываемой смеси - V = 2,3 мі/с

2. Начальная концентрация SO₂ в смеси - = 9 масс. %

3. Конечная концентрация SO₂ в смеси - = 0,7 масс. %

4. Избыток абсорбента - n = 22 %, следовательно = = 1,22

5. Давление абсорбции - Р =124 кПа

6. Температура абсорбции - t = 40 єC

7. Начальная концентрация SO₂ в абсорбенте - = 2,0 масс. %

Определить:

1. Количество поглощаемого газа - , кг/с

2. Расход абсорбента - L, кг/с

3. Диаметр абсорбера - , м

4. Высоту колонны - , м

5. Гидравлическое сопротивление - , кПа

6. Мощность вентилятора - , кВт

7. Мощность насосной установки - , кВт



2.1 Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента

Количество поглощаемого сернистого газа (SO2) определяется по формуле:

где yн - начальная концентрация SO2 в газовой смеси, выраженная в мольных долях, - молекулярная масса SO2, - коэффициент извлечения SO2; 22,4 - объем, занимаемый 1 кмоль газа, мі.

Начальная концентрация SO2 в газовой смеси определяется по формуле:

где = 9,0 масс. % - начальная концентрация SO2 в смеси (по заданию); молекулярная масса SO2 - и молекулярная масса воздуха -

Коэффициент извлечения SO2 рассчитывается по выражению:

Тогда количество поглощаемого SO2 равно:

Мольная доля SO₂ в абсорбенте, равновесная с начальной концентрацией SO₂ в газовой фазе определяется по выражению:

где К - коэффициент Генри для водных растворов, определяется по при-ложению Б данного пособия. Для водного раствора SO2 при t = 40 °С коэффициент Генри К = 49500 мм рт. ст. = 6 598,35 кПа; П - давление абсорбции = 124 кПа (по условию).

Затем определяем конечную равновесную концентрацию SO2 в абсорбенте по формуле:

И наконец определяем расход абсорбента по выражению:

Действительная концентрация SO2 в абсорбенте на выходе из абсорбера определяется по формуле:

Тогда действительная концентрация SO2 в абсорбенте на выходе из абсорбера составит:

Рассчитываем начальную и конечную концентрации SO₂ в газовой и жидкой фазах, выраженные в относительных мольных долях.

Начальную концентрацию SO₂ в газовой фазе рассчитываем по формуле:

Конечную концентрацию SO₂ в газовой фазе - по формуле:

Начальная концентрация SO₂ в жидкой фазе (по условию задачи).

Конечная концентрация SO₂ в жидкой фазе рассчитывается по формуле:

По найденным начальным и конечным концентрациям SO2 в жидкой и газовой фазах строим на диаграмме Y-X линию рабочих концентраций Y = АХ+ В .

По уравнению равновесия:

строим равновесную линию на Y-X диаграмме.

Константу фазового равновесия определяем по формуле:

где К - коэффициент Генри для водных растворов, определяется по приложению Б данного пособия. Для водного раствора SO2 при t = 40 °С коэффициент Генри К = 49500 мм рт. ст. = 6 598,35 кПа; П - давление абсорбции = 124 кПа.

Тогда уравнение равновесной линии:

Задаем значения X в пределах от 0 до (т. е. от до ) и рассчитываем соответствующие Y* по формуле и сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Расчетные данные для построения равновесной линии

X	0	0,6828610-4	1,3657210-4	2,0485810-4	2,7314410-4	3,414310-4	10-4	4,7810-4
Y*	0	0,001598	0,003201	0,004809	0,006422	0,008041	0,009664	0,011293

По результатам расчета строим линию равновесия и линии рабочих концентраций.

2.2 Определение диаметра абсорбера

Предварительно принимаем расстояние между тарелками h_мт=300 мм. Допустимую скорость газового потока определяем по формуле, м/с:

,

где - плотность жидкости = 998,5 кг/м³;

- плотность газового потока

С - коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между ними = 0,03

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле:

где - средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях,; = 0 °С = 273 К); Т - температура, К; П0 = 760 мм рт. ст. = 101300 Па.

Прежде чем определить среднюю плотность газовой фазы при рабочих условиях, следует рассчитать конечную концентрацию SO2 в газовой смеси, выраженную в мольных долях, по формуле:

Концентрации SO2 в нижней и верхней части колонны будет определяться как: ;

Средняя концентрация SO2 определяется по формуле:

Средняя концентрация воздуха определяется по формуле:

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле:

Подставляем полученные значения и получаем:

Средняя молекулярная масса газовой смеси определяется по формуле:

Расход газа определяется по формуле:

Допустимая скорость газового потока:

Диаметр колонны:

По каталогу [1, Т. 2, с. 882 или 2, с. 5-10] подбираем стандартную колонну диаметром . Тогда действительная скорость потока газа составит:

2.3 Гидравлический расчет

Согласно приложению 5.2 [3, с. 213], выбираем колпачковую тарелку типа ТСК-III. Техническая характеристика тарелки приведена в таблице 2.

Периметр слива определяется по формуле:

где l - длина дуги сливного борта, м.

Длина дуги сливного борта определяется по формуле:

где угол б определяется по формуле:

Таблица 2. Техническая характеристика тарелок типа ТСК - III

Наименование параметра	Условное обозначение	Единицы измерения	Величина
Площадь поперечного сечения колонны	Fk	м2	3,8
Площадь паровых патрубков		м2	0,398
Площадь сегментной переливной трубы	Fc	м2	0,09
Отношение площади паровых патрубков к площади поперечного сечения колонны			10,47
Диаметр колпачка	dk	мм	100
Число колпачков	n	шт.	142
Высота колпачка	h0		90
Число прорезей на колпачке	n0	шт.	36
Высота прорези	hп	мм	30
Ширина прорези	d	мм	4
Площадь одной прорези	Fпр	м2	0,00012
Наружный диаметр парового патрубка (толщина его стенки 3 мм)	dпп	мм	70
Длина сливного борта	B	м	1,485

Тогда длина дуги сливного борта:

Периметр слива:

Сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению:

где =5 - коэффициент сопротивления принимается из таблицы 3;- скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях тарелки, м/с; плотность газа, кг/

Таблица 3. Коэффициент сопротивления для различных типов тарелок
Тип тарелки	о
Колпачковая	4,5-5,0
Ситчатая со свободным сечением отверстий 7-10 %	1,82
Ситчатая со свободным сечением отверстий 11-25 %	1,45
Решетчатая провальная	1,4-1,5

Скорость газа в прорезях колпачка определяется по формуле:

а - коэффициент для колпачковых тарелок, принимаем а = 1

Сопротивление сухой тарелки:

Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле:

где k = 0,5 - отношение плотности пены к плотности жидкости; l = 0,02- расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м (принимается 20 мм [4, с. 24]); h - высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Высота уровня жидкости над сливным порогом определяется по формуле:

где - объемный расход жидкости, м/с.

Объемный расход жидкости определяется по формуле:

где L - расход абсорбента, кг/с

Высота уровня жидкости над сливным порогом составит:

Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, определяется по формуле:

где - поверхностное натяжение жидкости, Н/м, определяем согласно таблице ХХХIХ [5, с. 537] Н/м; dэ - эквивалентный диаметр отверстия, м.

Для колпачковых тарелок определяется по формуле:

где - ширина прорези, м; - высота прорези, м.

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения:

Сопротивление барботажной тарелки рассчитывают по формуле:

где - сопротивление сухой тарелки; - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения; - сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

Полное гидравлическое сопротивление тарелки:

Проверим, соблюдается ли принятое расстояние между тарелками h = 0,4 м. Необходимое для нормальной работы тарелок условие:

Так как 0,241 < 0,3, то вышесказанное условие выполняется.

2.4 Определение необходимого количества рабочих тарелок

Для определения действительного числа тарелок в колонне графическим методом (на основе общих положений массопередачи) необходимо сначала рассчитать коэффициент массопередачи по формуле:

где - коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный, к 1 рабочей площади тарелки, ; - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к 1 рабочей площади тарелки, ; ц - константа фазового равновесия.

Коэффициент массоотдачи для колпачковых тарелок в газовой фазе определяется по формуле:

где - сопротивление жидкости на тарелке, Па, - действительная скорость потока газа, м/с.

Сопротивление жидкости на тарелке определяется по уравнению:

Коэффициент массоотдачи для колпачковых тарелок в газовой фазе:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для колпачковых тарелок определяется по формуле:

Тогда коэффициент массопередачи составит:

Определяем число единиц переноса одной тарелки по формуле:

где - сечение тарелки, (для колонны диаметром 2200 мм, 2,99 - мольный расход воздуха, определяется по формуле:

Тогда число единиц переноса одной тарелки:

Далее находим значение величины по выражению:

где - величина i-го вертикального отрезка между равновесной линией и рабочей и - величина i-го вертикального отрезка между равновесной линией и кинетической линией рабочих концентраций диаграммы Y-X.

Замеряем величины отрезков и рассчитываем величину отрезков . Через полученные точки Вi проводим кинетическую кривую (приложение 1).

Тогда

Например:

Проводим через полученные точки B1 - B7 кинетическую кривую. Из точки В1 в пределах от Yн = до Yк = между линией рабочих концентраций и кинетической кривой строим ломаную линию и считаем действительное число тарелок Nтд : Nтд = 10.

Определим высоту колонны по уравнению, м:

,

где и - соответственно высота верхней и нижней частей колонны, м.

Таблица 4. Зависимость высоты сепарационного пространства над насадкой и расстоянием между днищем колонны и насадкой от диаметра колонны (размеры в мм)
Диаметр колонны	Zв	Zн
400 - 1000	600	1500
1200 - 2200	1000	2000
2400 и более	1400	2500

Принимаем, согласно таблице 4, = 1,0 м и = 2,0 м.

Высота тарельчатой части колонны определяется по уравнению:

Подставим данное уравнение в уравнение для расчета высоты колонны и получим:

где - число ступеней изменения концентрации (число теоретических тарелок).

Тогда высота колонны составит:

Гидравлическое сопротивление тарельчатой части колонны по формуле:

2.5 Расчет вспомогательного оборудования

2.5.1 Расчет газопровода и подбор газодувки

Общее давление, развиваемое газодувкой, определим из уравнения:

где - гидравлическое сопротивление сети, включающее сопротивление трубопровода, а также входа газового потока в абсорбер, Па.

Гидравлическое сопротивление сети определяется по формуле:

где л - коэффициент сопротивления трения; lтр - длина трубопровода, м; dтр - диаметр трубопровода, м; Уо - сумма коэффициентов местных сопротивлений; wтр - скорость газа в трубопроводе, м/с.

Согласно [5, с. 17], принимаем wтр = 25 м/с и определяем по формуле диаметр газопровода:

Принимаем по ГОСТ 8732-78 [4, Т. 1, с. 98] стандартный трубопровод с внутренним диаметром 350 мм (377 Ч 9 мм) и незначительной коррозией е = 0,25 мм. Тогда действительная скорость газового потока в газопроводе по формуле будет равна:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

где мy - коэффициент динамической вязкости газовой смеси, Па ? с, определяется по формуле:

где =0,013410^-3 Па, =0,0190410^-3 Па - коэффициенты динамической вязкости соответственно SO₂ и воздуха при температуре абсорбции t = 40 ?С

Тогда критерий Рейнольдса будет равен:

Отношение площадей газопровода и колонны составит:

Примем, что длина трубопровода составляет 20 м и на нем установлены три задвижки, трубопровод имеет три отвода на 90є. Тогда при отношении dтр/е = 0,35/0,00025 = 1400 и , согласно [8, с. 22, рисунок 1.5], коэффициент сопротивления трения будет равен: л = 0,0181. Значения коэффициентов местных сопротивлений, взятые из [8, с. 520-522, таблица XIII], сведены в таблицу 5.

Таблица 5. Значения коэффициентов местных сопротивлений водопровода

Вид местного сопротивления
Вход в трубу с острыми краями	0,5
Выход из трубы	1
Задвижки =0,15	20,225=0,45
Отвод (при =90 и R0/dтр=0,35/0,35=1)	30,21=0,63
Внезапное расширение	1
Внезапное сужение	0,5
Всего	4,08

Гидравлическое сопротивление сети будет равно:

Давление, развиваемое газодувкой:

Рассчитаем требуемую мощность газодувки:

где з = 0,8 - общий КПД газодувки;

С запасом 30 %, согласно [6, с. 42, таблица 10], подбираем газодувку типа ТВ-200-1,12 со следующими характеристиками: производительность - 3,33 , давление - 12000 Па, n = 48,3 , электродвигатель типа АО2-91-2: мощность - 75 кВт.

2.5.2 Расчет водопровода и подбор насоса

Примем, согласно [5, с. 10], что скорость течения воды в трубопроводе равна 2,0 м/с. Определим диаметр трубопровода по формуле:

Принимаем по ГОСТ 8732-78 [1, Т. 1, с. 98] стандартный трубопровод с внутренним диаметром 350 мм (377 Ч 12 мм) и незначительной коррозией е = 0,25 мм. Тогда действительная скорость воды:

Определим давление, развиваемое насосом, по формуле:

где л - коэффициент сопротивления трения; lтр - длина трубопровода, м; dвн - диаметр трубопровода, м; Уо - сумма коэффициентов местных сопротивлений; wв - скорость воды в трубопроводе, м/с; h - высота подъема жидкости (принимается конструктивно), в данном случае принимаем h = 6 м.

Определим режим движения воды:

где = 0,653 Пас - коэффициент динамической вязкости воды при 40 єС, согласно [5, с. 556, рисунок V].

Примем, что общая длина водопровода составляет 20 м, на нем установлены два вентиля, трубопровод имеет четыре отвода на 90 єС. Тогда при отношении dтр/е = 0,35/0,00025 = 1400 и [5, с. 22, рисунок 1.5] коэффициент сопротивления трения будет равен: л = 0,0181. Отношение площадей водопровода и колонны составит:

Значения коэффициентов местных сопротивлений, взятые из [8, с. 520-522, таблица XIII], сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Значения коэффициентов местных сопротивлений водопровода

Вид местного сопротивления
Вход в трубу с острыми краями	0,5
Выход из трубы	1
Задвижки =5,3	25,3=10,6
Отвод (при =90 и R0/dтр=0,197/0,197=1)	40,21=0,84
Внезапное расширение	1
Внезапное сужение	0,5
Всего	14,44

Тогда давление, развиваемое насосом:

Мощность, потребляемая двигателем насоса, по формуле:

где - общий КПД насоса;

С запасом 45%, согласно [3, с.38, таблица 10], подбираем насос марки Х45/54 со следующими характеристиками: производительность - м³/с, H= 54 м ст. жидкости, n=48,3 с^-1,=0,6; электродвигатель типа АО2-72-2: мощность - 30 кВт, =0,89.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте производится расчет тарельчатого абсорбера. Проведен литературный обзор принципа абсорбции в аппарате, выбора типа абсорбера, а также рассмотрены типы тарелок. Расчет тарельчатого абсорбера был выполнен исходя из следующих условий:

1.Количество перерабатываемой смеси - V = 2,3 мі/с

2.Начальная концентрация SO₂ в смеси - = 9 масс. %

3.Конечная концентрация SO₂ в смеси - = 0,7 масс. %

4.Избыток абсорбента - n = 22 %, следовательно = = 1,22

5.Давление абсорбции - Р =124 кПа

6.Температура абсорбции - t = 40 єC

7.Начальная концентрация SO₂ в абсорбенте - = 2,0 масс. %

По результатам расчета тарельчатого абсорбера (колпачковая тарелка) определены:

1.Количество поглощаемого газа - = 0,26 кг/с

2.Расход абсорбента - L = 153,1 кг/с

3.Диаметр абсорбера - = 2,2 м

4.Высоту колонны - = 6,3 м

5.Гидравлическое сопротивление - = 13,12 кПа

6.Мощность вентилятора - = 43,964 кВт

7.Мощность насосной установки - = 15,41 кВт



ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Линия равновесия и линия рабочих концентраций.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчеты химикотехнологического и природоохранного оборудования [Текст]: справочник/ А. С. Тимонин. - Калуга : Изд. Н. Бочкаревой, 2002. - Т. 1. - 852 с.; Т. 2. -1028 с.; Т. 3. - 968 с.

2. Колонные аппараты [Текст] : каталог-справочник / сост. А. Б. Тютюнников, А. И. Линтварев, Л. И. Коробчанская [и др.]. - М. : ЦИНТИхимнефтемаш, 1966. - 31 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] : пособие по проектированию / под ред. Ю. И. Дытнерского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1991. - 496 с.

4. Киприанов, А. И. Расчет абсорбционных установок [Текст] : методические указания по курсовому проектированию для студентов химикотехнологического факультета (специальности 0903, 0904) / А. И. Киприанов, Б. Н. Лебедев. - Л. : ЛТА, 1984. - 42 с.

5. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов [Текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков ; под ред. чл.-корр. АН России П. Г. Романкова. - 13-е изд., стер. - М. : Альянс, 2006. - 576 с.

6. Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии [Текст] : учебник для вузов / Ю. И. Дытнерский. - Ч. 2. Массообменные процессы и аппараты. - М. : Химия, 1995. - 368 с.

7. Положение о дипломном проектировании [Текст] : ч. 1. Единые требования к текстовым документам / сост. В. А. Паршукова, А. А. Митюшов; Сыкт. лесн. ин-т. - Сыктывкар : СЛИ, 2009. - 36 с.

8. Положение о дипломном проектировании [Текст] : ч. 2. Единые требования к структуре, оформлению и представлению дипломных проектов и дипломных работ / сост. В. А. Паршукова, А. А. Митюшов ; Сыкт. лесн. ин-т. - Сыктывкар : СЛИ, 2009. - 80 с. Размещено на Allbest.ru

...