| Главная » Химия |
|
Содержание Техническое задание . Технологический расчет . Гидравлический расчёт 3. Конструктивный расчет Заключение Список использованных источников 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=12 000 м³/ч. Содержание ацетона в паровоздушной смеси 10% об. В абсорбере улавливается 98% ацетона. Растворимость ацетона подчиняется закону Рауля. Абсорбер тарельчатый колпачковый. 1. Технологический расчет 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: Построение рабочей линии Так как рабочая линия является прямой линией, то для ее построения необходимо знать координаты двух её точек. 0 0,004 0,56 0,222 Координаты для построения линии равновесия 00,004 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: Расчет движущей силы процесса Определяем движущую силу внизу аппарата: Определяем движущую силу вверху аппарата: Средняя движущая сила определится: 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; ρг - плотность газовой фазы при средней концетраци, 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) Расчет коэффициентов массоотдачи. Коэффициенты молекулярной диффузии для газа и жидкости: абсорбер пар массоотдача - учитывает ассоциацию молекул растворителя (для воды) - мольная масса растворителя мольные объёмы газов: νац = 74 см3/атом νвозд = 29,9 см3/атом Рассчитаем по формулам: Расчет ßx и ßy 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 22ºС µxвод = 0,98 мПа*с при 22º 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: βу = 0,46*(ρу - yср) = 0,46*(1,35 - 0,123) = 0,56 кг/м2с βх = 0,00038*(ρх - xср* ρх) = 0,00038*(929 - 0,28*929) = 0,254 кг/м2с Следовательно, коэффициент массопередачи : где - тангенс угла наклона к линии равновесия 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: = φ*0,785*d2 где φ - доля рабочей площади тарелки, примем φ=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: принимаем 34 тарелки 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, =16 - кол-во люков между тарелками. где Нт = 0,6 м - расстояние между тарелками;= 1 м - высота сепарационного пространства;= 2,5 м - высота кубового пространства. Н = 0,6(34-1)+(0.9-0.6)*16+1+2,5 = 28.1 м . Гидравлический расчет колонны Гидравлическое сопротивление сухой тарелки ΔРс = ζw2ρг/2Fc 2 где - коэффициент сопротивления тарелки с диаметром колпачка Dk=0.1 м;= 0,123 - относительное свободное сечение колонны. ΔРс = 3,1∙1,182∙1,35/2∙0,1232 = 192.584 Па Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения: ΔРσ = 4σ/Dk = 4∙0,07/0,1 = 2.8 Па где σ = 0,0663 Н/м - поверхностное натяжение воды; Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя: ΔРсл = ρж·g·h0 = 929∙9,8∙0,034 = 309,9 Па Полное сопротивление тарелки: ΔРт = ΔРс+ΔРσ+ΔРсл = 505,094 Па. Полное сопротивление колонны: ΔРа = 505.094∙34 = 17 170 Па. Расчёт потерь давления на местные сопротивления ( ) Полное гидравлическое сопротивление абсорбера: . 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. Толщина обечайки: sд = 165 МН/м2 - допускаемое напряжениe,= 0.101325 Мпа - давление в абсорбере, j = 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва, Поправка на коррозию рассчитывается: - коррозионная проницаемость; - амортизационный срок службы; Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки d = 8 мм. Проверка на допустимое давление: Расчет днища. j = 1 - для днищ, изготовленных из цельной заготовки По ГОСТ 6533 - 78 примем толщину стенки днища dдн = 8 мм. = 40 мм= 550 мм Масса днища mд = 350 кг. Объем днища Vд = 0.15395 м3. Расчет фланцевого соединения Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ГОСТ 28759.2-90: = 2330 мм= 2290 мм= 2246 мм= 55 мм а1 = 14 мм= 10 мм= 23 ммусл = 0,3 МПа Диаметр болтов - M20, Количество болтов z = 72 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 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 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 ρ = 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 к = 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 в = 1000(0,785D2Hц.об+2Vд) = 1000(0,785·2.22·28.1 + 2·0.15395) = 107071 кг Максимальный вес колонны = 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 = 2.1 м, = 2,38 м.= 2.5 м= 8 мм= 25 мм= 25 мм= 60 мм Фундаметные 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 s = Q/A = 1.26/1.444 = 0.872 МПа < [s] = 15 МПа - 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 2200 мм, высотой 28.1 м 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. . Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с. . Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил. . Рамм В.М. Абсорбция газов. М. : Химия, 1975. 655 с. . Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004 . 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 Скачать архив (626.7 Kb) Схожие материалы: |
| Всего комментариев: 0 | |