Абсорбент.. Розрахункова робота з Інші. Робота № 400512

Перехід до торгівельного партнера Binance

Абсорбент.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2000

Тип роботи:

Розрахункова робота

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Для поглощения NH3 водой; V = 3500 м/ч; NH3 = 0,14 мас. доли; конечная концентрация 0,06 мас. доли. Избыточное давление 150 мм рт.ст. Температура воды 15 С. SHAPE \* MERGEFORMAT ВВЕДЕНИЕ Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае – хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса. 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 колпачкаовыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в наса-дочных 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. 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. Насадочные колонны – наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным преимуществом насадочных колонн более низкое, чем в барботажных абсорберах, гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидкости и при больших тепловыделениях. В результате абсорбции аммиака водой образуется щелочной раствор являющийся коррозионно-активным, поэтому выбираем насадочный тип абсорбера с керамической насадкой, кроме того при работе под атмосферным давлением гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера будет меньше, чем у барботажного. 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА EMBED KompasFRWFile 4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в насадочный абсорбер А. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздушная смесь. При взаимодействии фаз аммиак растворяется в воде и воздух очищается. Вода насыщенная аммиаком самотеком поступает в приемную емкость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. 5. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Так как водный раствор аммиака при температуре 15 С° является коррозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600°С [4с59]. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ АБСОРБЕРА 6.1. Плотность газовой смеси на входе в аппарат. Мольная концентрация аммиака в газовой смеси на входе в аппарат: EMBED Equation.3 = (0,14/17) / (0,14/17 + 0,86/29) = 0,22. Мольная концентрация аммиака в газовой смеси на выходе из аппарата: yк = (0,06/17) / (0,06/17 + 0,94/29) = 0,010, где МВ = 17 – мол. масса аммиака, МА = 29 – мол. масса воздуха. При нормальных условиях: 0Н = [МАyн + (1–yн)МВ] / 22,4 = [170,22+(1 – 0,22)29]/22,4 = 1,18 кг/м3, при рабочих условиях: t = 15 C; Р = 760+150 = 910 мм рт.ст. = 121 кПа: Н = ОНТ0Р/(ТР0) = 1,18273121/(101288) = 1,34 кг/м3. 6.2. Массовые расходы Массовый расход исходной смеси на входе в аппарат: GН = VН/3600 = 35001,34/3600 = 1,30 кг/с. Расход распределяемого компонента Gркн и инертного вещества Gин: Gркн = GН EMBED Equation.3 = 1,300,14 = 0,182 кг/с, Gин = GН(1 – EMBED Equation.3 ) = 1,300,86 = 1,118 кг/с. Расход газовой фазы на выходе: GК = Gин / (1 – EMBED Equation.3 ) = 1,118/(1– 0,060) = 1,189 кг/с. Количество поглощенного вещества: М = 1,30 – 1,189 = 0,111 кг/с. Масса распределяемого компонента в газовой фазе на выходе: Gркк = GК – Gин = 1,288– 1,118= 0,017 кг/с. 6.3. Относительная концентрация аммиака на входе и выходе: EMBED Equation.3 = Gркн / Gин = 0,182/1,118= 0,163 кг/кг, EMBED Equation.3 = Gркк / Gин = 0,017/1,118= 0,015 кг/кг. 6.4. Расход инертной фазы. С помощью уравнения Генри (1) строим диаграмму EMBED Equation.3 и наносим на нее рабочую линии процесса абсорбции: EMBED Equation.3 , где Мвод = 18 – молярная масса воды, EMBED Equation.3 = 0,654 атм = 66 кПа константа Генри для NH3 [2c. 826]. 0,163 = 1766 EMBED Equation.3 /{29121[17/18 + EMBED Equation.3 (1 – 66/121)]}. Решая это уравнение получим EMBED Equation.3 = 0,626 кг/кг. EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = 0.163 EMBED Equation.3 =0,015 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 =0,626 А В С Рис.1 Зависимость между концентрацией аммиака в газовоздушной смеси EMBED Equation.3 и воде EMBED Equation.3 . Через точку А ( EMBED Equation.3 = 0; EMBED Equation.3 = 0,015) и точку В1 ( EMBED Equation.3 =0,163; EMBED Equation.3 = 0,626) проводим прямую, которая является рабочей линией при минимальном расходе воды mmin: mmin = tgmin = EMBED Equation.3 = (0,163-0,015)/0,626 = 0,236 кг/кг. Действительный расход воды m = 1,3mmin = 1,30,236 = 0,31 кг/кг, тогда уравнение рабочей линии будет: EMBED Equation.3 , отсюда конечная концентрация аммиака в воде EMBED Equation.3 = 0,477. Через точки А и В ( EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ) проводим действительную рабочую линию процесса абсорбции. Расход воды на входе: Lин = mGин = 0,311,118= 0,347 кг/с. Расход воды на выходе: LK = Lин + М = 0,347 + 0,111 = 0,458 кг/с. Средний расход воды: Lср = 0,5(Lин + LK) = 0,5(0,347 + 0,458) = 0,403 кг/с Средний расход газовой фазы: Gср = 0,5(GH + GK) = 0,5(1,30 + 1,189) = 1,245 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА АБСОБЕРА Средняя плотность газовой фазы. Средняя мольная концентрация: у = 0,5(0,22 +0,010) = 0,160. Средняя молекулярная масса газовой смеси: М = МАу+(1 – у)МВ = 170,160+290,840 = 27,08 кг/моль. Плотность газовой фазы при рабочих условиях t=15 C; Р = 121 кПа, г = МТ0Р/(22,4ТР0) = 27,08273121/(22,4288101) = 1,37 кг/м3. 7.2. Предельная скорость газовой смеси Принимаем в качестве насадки кольца Рашига с размерами 25253,0 Предельную скорость газовой фазы wпр, соответствующую точке инверсии фаз, т. е. переходу от пленочного гидродинамического режима к эмульгированию найдем из уравнения EMBED Equation.3 , где ж и в – вязкость абсорбента при 15 С и воды при 20 С; в нашем случае (ж / в)0.16 = (1,14/1,0)0,16 = 1,02 ж = 1000 кг/м3 – плотность воды; А и В – коэффициенты зависящие от типа насадки: для колец Рашига А = – 0,073; В = 1,75 [2c. 65] dэ = 0,015 м – эквивалентный диаметр насадки с размерами 25253,0  = 0,740 м3/м3 – свободный объем насадки lg[wпр21,37/(9,80,0150,74021000)1,02] = - 0,073–1,75(0,403/1,245)0,25(1,37/1000)0,125 откуда wпр = 3,6 м/с 7.3. Рабочая скорость газовой фазы: wг = wпрn = 3.60.9 = 3.24 м/c, где n = 0,9 – для турбулентного режима работы абсорбера [2c. 65]. 7.4. Диаметр колонны: EMBED Equation.3 = [1,245/(0,7851,373,24)]0,5 = 0,59 м. Принимаем стандартный диаметр 0,6 м, тогда действительное значение рабочей скорости газовой фазы: wг = Gcр / (0,785dк2г) = 1,245/(0,7850,621,37) = 3,22 м/с. Условие wг/wпр = 3,22/3,6 = 0,89 < 1 выполняется. РАСЧЕТ ВЫСОТЫ СЛОЯ НАСАДКИ 8.1 Число единиц переноса Число единиц переноса EMBED Equation.3 находим как площадь под кривой EMBED Equation.3 . По данным рис. 1 составляем таблицу 1 и строим график 2 EMBED Equation.3 my = 4,89 EMBED Equation.3 EMBED MSGraph.Chart.8 \s Рис.2 Определение числа единиц переноса графическим методом. Искомую площадь находим методом трапеций: EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = S = (0,163-0,015)/6[(67+26)/2+50+40+33+29]=4,89 8.2 Высота эквивалентная единице переноса по газовой фазе: EMBED Equation.3 , где b = 0,123 – для колец Рашига [2c. 69], а = 200 м2/м3 – удельная поверхность насадки [1c. 524],  – коэффициент смачивания насадки, зависящий от отношения рабочей плотности орошения U к оптимальной Uопт. Uопт = Ва = 0,158200 = 31,6 м3/(м2ч) где В = 0,158 – для процесса абсорбции [2c. 70] U = Lср3600/(0,785dк2ж) = 0,4033600/(0,7850,621000) = 5,1 м3/(м2ч). U/Uопт = 5,1/31,6 = 0,16   = 0,19 [2c. 69]. Критерий Рейнольдса: Reг = 4wгг/(га) , где г – вязкость газовой смеси, Вязкость воздуха при 15 С EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 = 17,310-6(273+124)/(288+124)(288/273)3/2 = 18,110-6 Пас где 0 = 17,310-6 Пас – вязкость воздуха при 0 С [1c. 513], c = 124 – вспомогательный коэффициент . Вязкость аммиака при 15 С EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = 9,1810-6(273+626)/(288+626)(288/273)3/2 = 9,7810-6 Пас где 0 = 9,1810-6 Пас – вязкость воздуха при 0 С [1c. 513] c = 626 – вспомогательный коэффициент Вязкость газовой смеси найдем найдем из соотношения EMBED Equation.3 или 27,08/см = 170,160/9,7810-6 + 290,840/18,110-6 откуда см = 16,710-6 Пас Reг = 43,221,37 / (16,710-6200) = 5283. Диффузионный критерий Прандтля: Prг = см / (гDг) = 16,710-6/(1,3715,410-6) = 0,79, где Dг – коэффициент диффузии аммиака в воздухе: EMBED Equation.3 = 17,010-6101/121(288/273)3/2 = 15,410-6 м2/с, D0 = 17,010-6 м2/с – коэффициент диффузии при стандартных условиях . hY = [0,740/(2000,1230,19)]52830,250,790,67 = 1,15 м. 8.4. Высота эквивалентная единице переноса по жидкой фазе: hX = 119(ж2/ρж2g)1/3Reж0,25Prж0,5. Критерий Рейнольдса: Reж = 4Lср/(Sкаж) = 40,403/(0,7850,622001,1410-3) = 25,0 где Sк – площадь поперечного сечения колонны. Диффузионный критерий Прандтля: Prж = ж/(жDж) = 1,1410-3/(10001,810-9) = 633, где Dж = 1,810-9 м2/с – коэффициент диффузии аммиака в воде [1c. 540]. hX = 119[(1.1410-3)2 / 100029,81]1/325,00.256330.5 = 0,34 м 8.5. Высота слоя насадки эквивалентная единице переноса: EMBED Equation.3 = 1,15+(0,2601,245/0,403)0,34 = 1,42 м, где m = 0,260 – тангенс угла наклона равновесной линии. 8.6. Суммарная высота насадки: H = mYh0 = 4,891,42= 6,9 м. Отношение Н/dк = 6,9/0,6 = 11,6. Высота слоя насадки не должна превышать 4dк, поэтому принимаем 3 слоя насадки высотой 2,30 м, между которыми устанавливаем перераспределительную тарелку ТСН-II. Над верхним слоем насадки устанавливается распределительная тарелка ТСН-III. Техническая характеристика тарелок [2c. 146] ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 9.1. Плотность орошения насадки: U = 5,1/3600 = 0,0014 м3/(м3с). 9.2. Коэффициент сопротивления:  = 16 / Re0,2 = 16 / 52830,2 = 2,88. 9.3. Скорость газа в свободном сечении насадки: w0 = wг /  = 3,22/0,740 = 4,35 м/с. 9.4. Гидравлическое сопротивление сухой насадки: EMBED Equation.3 = 2,886,94,3521,37/(20,015) = 17172 Па. 9.5. Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки: EMBED Equation.3 = 17172101840,0014 = 31076 Па, где b = 184 – для колец Рашига [3c. 201] По этой величине и объемному расходу 0,972 м3/с выбираем газодувку ТВ-42-1,4 [3c. 42], для которой Р = 40000 Па; Q = 1,00 м3/с. 9.6 Подбор насоса для подачи воды. Из материального расчета имеем L = 0,403 кг/с. Это количество воды необходимо подать на высоту приблизительно 14 м. Объемный расход воды Q = 0,403/1000 = 0,0004 м3/с. По этим величинам выбираем центробежный насос Х2/25 [3c. 38], для которого Q = 0.00042 м3/c; Н = 25 м. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ 10.1. Толщина обечайки: EMBED Equation.3 = 0,60,121/21380,8 + 0,001 = 0,003 м, где д = 138 МН/м2 – допускаемое напряжение [3c 394],  = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва, Ск = 0,001 м – поправка на коррозию. Согласно рекомендациям [4 c24] принимаем толщину обечайки  = 8 мм. Корпус колонны диаметром до 1000 мм изготовляют из отдельных царг, соединяемых между собой с помощью фланцев. Высота царги равна: lц = lн+1000 = 2300+1000 = 3300 мм. Каждый слой насадки располагается на опорной решетке, конструкция которой приводится на рисунке: EMBED KompasFRWFile Для загрузки и выгрузки каждого слоя насадки в корпусе колонны должны быть предусмотрены два люка: один – под распределительной (или перераспределительной) тарелкой, второй над опорной решеткой. Диаметр люка для колонн диаметром 600 и 800 мм – 250 мм. 150 40 10.2. Днища. Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища 1 = = 8 мм. 600 Масса днища mд = 28,3 кг. Объем днища Vд = 0,035 м3. 10.3. Фланцы. Соединение царг между собой и с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [4c36]: EMBED KompasFRWFile 10.4. Штуцера. Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле: d = EMBED Equation.3 , где G – массовый расход теплоносителя,  - плотность теплоносителя, w – скорость движения теплоносителя в штуцере. Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для газовой смеси w = 25 м/с, тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды: d1,2 = (0,403/0,78511000)0,5 = 0,023 м, принимаем d1,2 = 25 мм. диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси: d3,4 = (1,245/0,785251,37)0,5 = 0,22 м, принимаем d3,4 = 200 мм. Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: EMBED KompasFRWFile 10.5. Расчет опоры. Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приво- дится на рисунке. Ориентировочная масса аппарата. Масса обечайки mоб = 0,785(Dн2-Dвн2)Нобρ где Dн = 0,616 м – наружный диаметр колонны; Dвн = 0,6 м – внутренний диаметр колонны; Ноб = 14 м – высота цилиндрической части колонны ρ = 7900 кг/м3 – плотность стали mоб = 0,785(0,6162-0,62)14,0·7900 = 1689 кг Масса тарелок mт = mр+2mпр = 5,0+2·7 = 19 кг где 5,0 и 7– масса распределительной и перераспределительной тарелки EMBED KompasFRWFile Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда mк = mоб + mт + 2mд = 1,1(1689 +19+2·28,3) = 1941 кг Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании. Масса воды при гидроиспытании mв = 1000(0,785D2Hц.об + 2Vд) = 1000(0,785·0,62·13 + 2·0,035) = 3744 кг Максимальный вес колонны mmax = mк + mв = 1941 + 3744 = 5685 кг = 0,056 МН Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D1 = 0.54 м, наружный диаметр опорного кольца D2 = 0,7 м. Площадь опорного кольца А = 0,785(D22 – D12) = 0,785(0,702 – 0,542) = 0,156 м2 Удельная нагрузка опоры на фундамент  = Q/A = 0,056/0,156 = 0,36 МПа < [] = 15 МПа – для бетонного фундамента. Литература Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. – Иваново. 1984. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. – Иваново, 2004.

Розрахункова робота Інші

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись