Рефетека.ру / Промышленность и пр-во

Курсовая работа: Расчет насадочного адсорбера

Министерство образования Российской Федерации

Казанский Государственный Технологический Университет им.Кирова


Абсорбер

Пояснительная записка

к курсовому проекту


Выполнил: Руководитель:_______________________________

Проект защищен с оценкой:__________


Казань 2010

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

4. Тема проекта и исходные данные:

Рассчитать и спроектировать насадочный адсорбер для уменьшения концентрации абсорбтива с yн=0,80[моль.%] до yк=0,01[моль.%] в инертном газе, объемный расход которого при нормальных условиях V0=3,0[м3/с] с помощью абсорбента при t=20[0C] и давлении P=1[атм].; xн=0.

Абсорбтив – этанол; абсорбент – вода; инертный газ – азот; тип насадки – кольца Рашига, керамические, упорядоченные Расчет насадочного адсорбера.

Коэффициент распределения m=1,08. (Коэффициент Генри E=______мм.рт.ст.)

Перечень обязательного графического материала проекта:

Сборочный чертеж колонны – 1 лист формата А1;

Сборочная единица – 1 лист формата А2 или А3.

Основная литература:

«Выполнение и оформление курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии»: Методические указания. Каз.гос. технол. Ун-т; Маминов О.В. и др. Казань, 2002, 40с.

«Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по курсовому проектированию» под. редакцией Дытнерского Ю.И. – М., Химия 1983, 272с.

Руководитель проекта, доцент ________________________________


Содержание


Введение

1. Расчет насадочного абсорбера

1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

1.2 Расчет движущей силы массопередачи

1.3 Коэффициента массопередачи

1.4 Расчет скорости газа и диаметр абсорбера

1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

1.7 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера

1.8 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера

1.9 Механический расчет основных узлов и деталей абсорбера

Заключение

Список используемой литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Введение


Абсорбцией называют процесс поглощения газов и паров из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

В абсорбционных процессах участвуют две фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, называют растворителем. Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах.

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:

1) поверхностные и пленочные;

2) насадочные;

3) барботажные (тарельчатые);

4) распыливающие.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создать значительные поверхности массопередачи.

Насадочный абсорбер состоит из колонны, в которой помещены поддерживающие решетки, на которые уложены слои насадки. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки. Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Недостаток насадочных абсорберов - трудность отвода тепла в процессе абсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используя выносные холодильники.


Расчет насадочного адсорбера

Рисунок 3. Насадочный абсорбер


Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью (поверхностью на единицу объема) и большим свободным объемом. Кроме того насадка должна оказывать малое сопротивление газовому потоку, хорошо распределять жидкость и обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах. Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки насадка должна иметь малый объемный вес.


Расчет насадочного адсорбера

Рисунок 3. Типы насадок:

а — кольца Рашига; б — кольца с перегородками; в — спиральные кольца; г — шары; д — пропеллерная насадка; е — седлообразная насадка; ж — хордовая насадка.


Применяемые в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки. К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки.

Подробнее остановимся на кольцевых насадках.

Кольцевая насадка - насадочные тела, представляющие собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов.

Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

Для увеличения поверхности применяются кольца с перегородкой (кольца Лессинга), кольца с крестообразной перегородкой и спиральные кольца, имеющие внутри одну, две или три спирали. При регулярной укладке кольца с крестообразной перегородкой и спиральные применяют размером 75мм и более.

В ФРГ предложены кольца с прободенными стенками (Палля). Эти кольца предназначены в основном для засыпки внавал и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления колец Палля. Изготавливают эти кольца из стали и пластических масс.

1. Расчет насадочного абсорбера


Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.

Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи:


Расчет насадочного адсорбера, (1)


где Расчет насадочного адсорбера, Расчет насадочного адсорбера- коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м2·с);

М – количество вещества, переходящее из газовой смеси в жидкую фазу в единицу времени, или нагрузка аппарата, кг/с;

Расчет насадочного адсорбера - средняя движущая сила процесса абсорбции по жидкой и газовой фазам соответственно, кг/кг.


1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя


Обозначим: A - абсорбтив, В – инертный газ, С – абсорбент.

Массу абсорбтива A (этанола) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса:


Расчет насадочного адсорбера, (2)


где L, G - расходы соответственно чистого абсорбента (воды) и инертной части газа (азота), [кг/с];

Расчет насадочного адсорбера- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в абсорбенте (воде), кг этанола/кг воды ;

Расчет насадочного адсорбера- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в инертной части газа (воздухе), кг этанола /кг воздуха.

Переведем мольные концентрации Расчет насадочного адсорбера в относительные массовые концентрации Расчет насадочного адсорбера по формуле:


Расчет насадочного адсорбера. (3)


y- мольные доли, [%]; Расчет насадочного адсорбера мольные массы абсорбтива (этанола) и инертного газа (азота).

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера


Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера


Исходная концентрация этанола в воде Расчет насадочного адсорбера.

Конечная концентрация этанола в поглотителе Расчет насадочного адсорбера обусловливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры, как абсорбера, так и десорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому Расчет насадочного адсорбера выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию Расчет насадочного адсорбера определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.

Уравнение равновесной линии в относительных массовых концентрациях:


Расчет насадочного адсорбера (4)


где m/- коэффициент распределения:


Расчет насадочного адсорбера (5)


m=1,08 - для смеси этанол-вода.


Расчет насадочного адсорбера


Расчет насадочного адсорбера

Рисунок 3. Зависимость между содержанием этанола в азоте и в воде:

1 - равновесная линия; 2 – рабочая линия.

Уравнение равновесной линии 1 (рисунок 1) Расчет насадочного адсорбера.


Расчет насадочного адсорбера (6)


Отсюда


Расчет насадочного адсорбера


Отсюда уравнение рабочей линии 2 (рисунок 1) Расчет насадочного адсорбера имеет вид:


Расчет насадочного адсорбера


Расход инертной части газа:


Расчет насадочного адсорбера, где (7)


Расчет насадочного адсорбера - плотность инертного газа (азота) при условиях в абсорбере;

Расчет насадочного адсорбера - объемный расход инертного газа (азота) при условиях (t=20[0С];

Р=760[мм.рт.ст]=0,1[МПа]) в абсорбере.

Приведем объемный расход азота к условиям в абсорбере:


Расчет насадочного адсорбера, (8)


где V0 - объемный расход инертной части газа (азота) при нормальных условиях (0[0С]; 760[мм.рт.ст]=0,1[МПа]), V0=3[м3/с] (по заданию) T0=273[К] t=20[0C].

Пересчитаем плотность инертного газа (азота) на условия в абсорбере:

Расчет насадочного адсорбера, (9)


где Расчет насадочного адсорбера- плотность азота при нормальных условиях (0[0С]; 760[мм.рт.ст] =0,1[МПа])

t - температура в абсорбере ,[0С];

P0- нормальное давление (760[мм.рт.ст.]=0,1[МПа]);

P - давление в абсорбере, [МПа].

ρ0z=1,25046[кг/м3] - плотность азота при нормальных условиях.

T0=273[К]; t=20[0C]; P0=0,1[МПа]; P=0,1[МПа].

Расчет насадочного адсорбера


Расчет насадочного адсорбера


Определим массовый расход воздуха по формуле (7):


Расчет насадочного адсорбера


Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии с уравнением (2):


Расчет насадочного адсорбера


Отсюда из уравнения (2) определим расход поглотителя:


Расчет насадочного адсорбера

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:


Расчет насадочного адсорбера


1.2 Расчет движущей силы массопередачи


Движущая сила в соответствии с уравнением (1) может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы:


Расчет насадочного адсорбера, (10)


где Расчет насадочного адсорбера и Расчет насадочного адсорбера - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг/кг (рисунок 1 и 2).


Расчет насадочного адсорбера; Расчет насадочного адсорбера,


где Расчет насадочного адсорбера и Расчет насадочного адсорбера - концентрации этанола в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него (рисунок 2).


Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Средняя движущая сила процесса абсорбции:


Расчет насадочного адсорбера


1.3 Коэффициента массопередачи


Коэффициент массопередачи Ky находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:


Расчет насадочного адсорбера, (11)


где Расчет насадочного адсорбера - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2с); m – коэффициент распределения, кг/кг.

Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере. При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями:

во-первых, конкретными условиями проведения процесса – нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;

во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу – необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колоне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.;

в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание единичного или серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т.д.

В нашем случае насадка определена условиями задания:

Тип насадки: Кольца Рашига, керамические, упорядоченные.


1.4 Расчет скорости газа и диаметр абсорбера


Скорость газа в точке инверсии фаз ωп м/сек, соответствующая возникновению режима эмульгирования (считая на полное сечение колоны), определяется из уравнения (Павлов. с.380):


Расчет насадочного адсорбера, (12)


где σ – удельная поверхность насадки, м2/м3;

g – ускорение свободного падения, м/сек2;

VСВ – свободный объем насадки, м3/м3;

ρг ρж – плотность газа и жидкости, кг/м3;

μж – вязкость жидкости, спз;

A=-0,022 (для процесса абсорбции);

L и G – расход жидкости и газа, кг/ч.

Рабочая скорость газа (или пара) в обычных насадочных колонах (Павлов. с.380): ω=(0,6..0,85)ωп

В рассматриваемом проекте используются в качестве насадки керамические кольца Рашига упорядоченные, возьмем насадки размером 80X80X8, насадка из таких колец имеет следующие характеристики (см. таблица 1):

Таблица 2 Регулярные насадки "керамические кольца Рашига"

Насадки σ Vсв ρ число шт. в 1м3
50X50X5 110 0,735 0,027 650 8500
80X80X8 80 0,72 0,036 670 2200
100X100X10 60 0,72 0,048 670 1050

[м2/м3] [м3/м3] [м] [кг/м3]

Расчет насадочного адсорбера (определили по формуле 9)

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 578)

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 555)

Расчет насадочного адсорбера

ωп=2,6598[м/с]


Рабочая скорость газа в насадочном абсорбере:


Расчет насадочного адсорбера


Диаметр абсорбера находим по уравнению объемного расхода


Расчет насадочного адсорбера, (13)


где V - объемный расход газа при условиях в абсорбере, м3/с;

Расчет насадочного адсорбера (определили по формуле 8)

Расчет насадочного адсорбера

Принимаем стандартный диаметр абсорбера 1,4м.

1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки


Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:


Расчет насадочного адсорбера (14)


где Расчет насадочного адсорбера- площадь поперечного сечения абсорбера, м2;

L - массовый расход поглотителя (воды), кг/с;

ρж - плотность жидкости, кг/м3.


Расчет насадочного адсорбера


При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости или неравномерного распределения газа по сечению колоны.

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения Umin выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения Umin находят по соотношению:


Расчет насадочного адсорбера, (15)


где qэф – эффективная линейная плотность орошения, м2/с.

qэф =0,022·10-3[м2/с]

Расчет насадочного адсорбера


Доля активной поверхности насадки ψа может быть найдена по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (16)


где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки.


1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи


Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе Расчет насадочного адсорбера находят из уравнения:


Расчет насадочного адсорбера, (17)


где Расчет насадочного адсорбера - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы


Расчет насадочного адсорбера;


Расчет насадочного адсорбера - критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

Расчет насадочного адсорбера - диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

dЭ - эквивалентный диаметр насадки, м;

l – высота элемента насадки, м.

Тогда, учитывая, что Расчет насадочного адсорбера, находим βy:

Расчет насадочного адсорбера, (18)


где Расчет насадочного адсорбера - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе (азота), м2/сек.

Определим критерий Рейнольдса:


Расчет насадочного адсорбера, (19)


где ω - рабочая скорость газа в абсорбере, м/с;

dЭ - эквивалентный диаметр насадки, м;

Расчет насадочного адсорбера - плотность газа, кг/м3;

Vсв - доля свободного объема, м3/м3;

Расчет насадочного адсорбера - вязкость газа, Па.с.


Расчет насадочного адсорбера; Расчет насадочного адсорбера; Расчет насадочного адсорбера; Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера (при 00С, 3 стр. 552).


Приведем Расчет насадочного адсорбера к условиям в абсорбере:


Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера


Критерий Прандтля определим по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (20)

где Расчет насадочного адсорбера - вязкость газа, Па.с;

Расчет насадочного адсорбера - плотность газа, кг/м3;

Расчет насадочного адсорбера - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе, м2/с.

Коэффициент диффузии этанола в газе можно рассчитать по уравнению:


Расчет насадочного адсорбера, (21)


где vЭТ и vГ – мольные объемы этанола и азота, см3/моль;

МЭТ и МГ – мольные массы соответственно этанола и азота;

P – давление (абсолютное), атм.

vЭТ и vГ находим следующим образом.

O=7,4[см3/атом]; C=14,8[см3/атом]; H=3,7[см3/атом]; N=15,6[см3/атом].

vЭТ=7,4+14,8·2+3,7·6=59,2[см3/моль] vГ=15,6 2=31,2[см3/моль];

МЭТ и МГ находим следующим образом.

O=16; C=12; H=1; N=14.

МЭТ=16+12·2+1·6=46 МГ=14·2=28

Расчет насадочного адсорбера

Определим критерий Прандтля по формуле (20):

Расчет насадочного адсорбера

Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по формуле (18):

Расчет насадочного адсорбера

Выразим βy в выбранной для расчета размерности:


Расчет насадочного адсорбера

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


Расчет насадочного адсорбера, (22)


где Расчет насадочного адсорбера - критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

Расчет насадочного адсорбера - диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы;

Расчет насадочного адсорбера- диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда βx (в м/с) равен:


Расчет насадочного адсорбера, (23)


Расчет насадочного адсорбера - приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.

Определим критерий Рейнольдса:


Расчет насадочного адсорбера, (24)


где Расчет насадочного адсорбера- плотность орошения, м/с;

Расчет насадочного адсорбера - плотность жидкости, кг/м3;

σ - удельная поверхность насадки, м2/м3;

Расчет насадочного адсорбера - вязкость жидкости, Па.с.

Плотность орошения определили по формуле (14):

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 578)

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 578)

Расчет насадочного адсорбера таблица 1.

Расчет насадочного адсорбера


Приведенную толщину стекающей пленки жидкости определим по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (25)


где Расчет насадочного адсорбера - плотность жидкости, кг/м3;

Расчет насадочного адсорбера - вязкость жидкости, Па.с;

Расчет насадочного адсорбера - ускорение свободного падения, м/с2.

Расчет насадочного адсорбера

Критерий Прандтля определим по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (26)


где Расчет насадочного адсорбера - плотность жидкости, кг/м3;

Расчет насадочного адсорбера - вязкость жидкости, Па.с;

Расчет насадочного адсорбера - коэффициент диффузии этанола в жидкой фазе (воде), м2/сек.

Коэффициент диффузии Расчет насадочного адсорбера этанола в воде определим по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (27)


где Расчет насадочного адсорбера - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;

M - молекулярная масса растворителя (воды);

T - температура процесса абсорбции, К;

Расчет насадочного адсорбера - вязкость воды, мПа.с;

Расчет насадочного адсорбера - молекулярный объем этанола.

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 370)

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера (3, c. 578)

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Определим критерий Прандтля по формуле (26):


Расчет насадочного адсорбера


Определим критерий массоотдачи в жидкой фазе по формуле (23):

Расчет насадочного адсорбера

Выразим Расчет насадочного адсорбера в выбранной для расчета размерности:

Расчет насадочного адсорбера


Найдем коэффициент массопередачи по газовой фазе по формуле (11):


Расчет насадочного адсорбера


1.7 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера


Поверхность массопередачи в абсорбере определяется по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (28)


где M - производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кг/с;

Ky - коэффициент массопередачи по газовой фазе, кг/м2.с;

Расчет насадочного адсорбера - средняя движущая сила процесса абсорбции, кг /кг.

Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Высоту насадки, требуемую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле :


Расчет насадочного адсорбера, (29)


где Расчет насадочного адсорбера- поверхность массопередачи, м2;

σ - удельная поверхность насадки, м2/м3;

Расчет насадочного адсорбера - диаметр абсорбера, м;

Расчет насадочного адсорбера - доля активной поверхности.

Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера

При U<0,003м3(м2с) для регулярной насадки, доля активной поверхности, может быть определено по приближенному выражению (Дытнерский 2-е изд 67стр).


Расчет насадочного адсорбера


Поставив численные значения, получим:

Расчет насадочного адсорбера

Плотность насадки составляет 670кг/м3, для сокращения действия массы насадок на решетки в скруббере используем два последовательно соединенных скруббера и соответственно высоту насадки для каждого скруббера принимаем 5м, следовательно общая высота насадки составит 10м.


1.8 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера


Величина гидравлического сопротивления колонных аппаратов (ректификационных, абсорбционных, экстракционных) влияет на технологический режим работы аппарата.

При расчете колонн определяют гидравлическое сопротивление аппарата, для того чтобы выбрать оптимальные скорости фазовых потоков, обеспечивающих эффективный массообмен. По гидравлическому сопротивлению колонны подбирают вентилятор, компрессор или насос для подачи газов и жидкостей, обеспечивающих скорость движения фаз.

Величину Расчет насадочного адсорбера находят по формуле (1, c. 201):

Расчет насадочного адсорбера, (30)


где Расчет насадочного адсорбера- гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой жидкостью) насадки, Па;

Расчет насадочного адсорбера - плотность орошения, м/с;

Расчет насадочного адсорбера=144 – коэффициент (1, c. 201).

Гидравлическое сопротивление сухой насадки Расчет насадочного адсорбера определяют по уравнению (1, c. 201):


Расчет насадочного адсорбера, (31)


где λ - коэффициент сопротивления насадки;

H - высота насадки, м;

Расчет насадочного адсорбера - эквивалентный диаметр насадки, м;

Расчет насадочного адсорбера - плотность газа, кг/м3;

Расчет насадочного адсорбера - скорость газа в свободном сечении насадки, м/с;

Скорость газа в свободном сечении насадки определим из соотношения (1, c. 201):


Расчет насадочного адсорбера, (32)


где Расчет насадочного адсорбера- рабочая скорость газа в абсорбере, м/с;

Vсв - доля свободного объема, м3/м3.

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

λ - коэффициент сопротивления насадки, учитывающий суммарные потери давления на трение и местные сопротивления насадки.

Коэффициент сопротивления регулярных насадок находят по уравнению (1, с.18):


Расчет насадочного адсорбера, (33)


где:


Расчет насадочного адсорбера, (34)


где dВ и dН – соответственно внутренний и наружный диаметр кольца; dэ – эквивалентный диаметр.

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера


Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера


1.9 Механический расчет основных узлов и деталей абсорбера


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 с учетом прибавок производится по формуле (6, с. 413):


Расчет насадочного адсорбера, (35)


где s/ - номинальная толщина стенки, мм;

Расчет насадочного адсорбера - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

Расчет насадочного адсорбера - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

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

Так как Расчет насадочного адсорбера номинальную толщину стенки определяем по формуле (6, с. 413):


Расчет насадочного адсорбера (36)


где Расчет насадочного адсорбера- расчетное давление, МПа;

Расчет насадочного адсорбера - внутренний диаметр абсорбера, мм;

Расчет насадочного адсорбера - допускаемое напряжение, МПа;

Расчет насадочного адсорбера - коэффициент прочности сварного шва.

Коэффициент прочности сварного шва j = 1,0 при контроле шва на длине 100% и j =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:

Таблица 2

D, мм от 150 до 400 свыше 400 до 1000 свыше 1000 до 2000
s, мм 2 3 4

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера(для стали 09Г2С при 200С) (1, с. 394]

Расчет насадочного адсорбера(при контроле шва на длине 100%)


Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера


Номинальная расчетная толщина стенки s/ меньше минимальной толщины (таблица 2.), поэтому номинальную толщину принимаем равной 4мм, с учетом прибавок на коррозию и эрозию толщину стенки принимаем равной s=8мм.

Допускаемое давление в обечайке определим по формуле (6, с. 415):


Расчет насадочного адсорбера, (37)


где Расчет насадочного адсорбера - допускаемое напряжение, МПа;

Расчет насадочного адсорбера - толщина цилиндрический обечайки, мм;

Расчет насадочного адсорбера - внутренний диаметр абсорбера, мм;

Расчет насадочного адсорбера - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

Расчет насадочного адсорбера(для стали 09Г2С при 200С) (1, с. 394)

Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Необходимую толщину эллиптических днищ вычисляют по уравнению (6, с. 453):


Расчет насадочного адсорбера (38)


где Расчет насадочного адсорбера- расчетное давление, МПа;

Расчет насадочного адсорбера - допускаемое напряжение, МПа;

Расчет насадочного адсорбера - коэффициент прочности сварного шва;

Расчет насадочного адсорбера – максимальный радиус кривизны днища, мм.

Расчет насадочного адсорбера - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

Расчет насадочного адсорбера - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

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

Максимальный радиус кривизны днища определяется по формуле:


Расчет насадочного адсорбера, (39)


где Расчет насадочного адсорбера - внутренний диаметр абсорбера, мм;

H – высота днища, мм.

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера (6, c. 440)

Расчет насадочного адсорбера

Расчет насадочного адсорбера

Толщину эллиптического днища принимаем равной 8мм, исходя из условий соответствующих толщине обечайки.

Заключение


В данном курсовом проекте был рассмотрен и изучен процесс абсорбции с целью уменьшения концентрации паров этанола с 0,80 (мол.%) до 0,01 (мол.%) в инертном газе (азоте) с помощью воды. Основным аппаратом данного процесса является насадочный абсорбер с упорядоченными керамическими кольцами Рашига.

В результате расчетов были определены следующие параметры:

1) диаметр абсорбера – 1400мм;

2) высота насадок – 5м.

3) поверхность массопередачи – 1170м2

4) производительность колонны – 138,90кг/ч;


Список используемой литературы


Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. – М: ООО ИД «Альянс», 2007 – 496с.

Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1966. – 768 с.

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, стр.624.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 784 с.

Кувшинский А.Г., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. Пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1980. – 223 с.

Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. – Л.: Машиностроение, 1970. –752 с.

Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие/ И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др. – Под общ. ред. В.Н. Соколова – Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с.

Плановский А.Н., Гуревич Д.А. Аппаратура промышленности полупродуктов и красителей.– М.: ГНТИ ХЛ, 1961. – 504 с.

Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. – Киев: Наукова думка, 1987. – 830 с.

Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Сборник примеров и задач. – М.: Высшая школа, 1974. – 288 с.

Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты: Методы расчета и основы конструирования. – М.: Химия, 1978. – 277 с.

Альперт Т.З. Основы проектирования химических установок: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1082. – 304 с.

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие. – М.: Химия, 1971. – 840 с.

Расчеты химико-технологических процессов: Учебное пособие/ под общей ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1976. – 304 с.

Рейхсфельд В.О., Шеин В.С., Ермаков В.И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука: Учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1985. – 264 с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com