Абсорбция.. Розрахункова робота з Інші. Робота № 400518

Абсорбция.

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 = 5000 нм3/ч; NH3 = 0,12 мас.% Степень улавливания 96%. Температура 20 С. Константа Генри 2070 мм рт.ст. = 0,276 МПа 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. 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. 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в барботажный абсорбер А с ситчатыми тарелками. 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. EMBED KompasFRWFile 2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Так как водный раствор аммиака при температуре 20 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]. 3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ АБСОРБЕРА Плотность газовой смеси на входе в аппарат. Мольная концентрация NH3 в газовой смеси на входе в аппарат: EMBED Equation.3 = (0,12/17)/(0,12/17 + 0,88/29) = 0,19 где МВ = 17 – мол. масса NH3; МА = 29 – мол. масса воздуха. Молекулярная масса исходной смеси: Мсм = МB EMBED Equation.3 + (1– EMBED Equation.3 )МA = 17∙0,19+29∙0,81 = 26,72 кг/кмоль При нормальных условиях: 0Н = Мсм/ 22,4 = 26,72/22,4 = 1,19 кг/м3, при рабочих условиях: t = 20 C; Р = 0,1 МПа: Н = ОНТ0Р/(ТР0) = 1,19273/293 = 1,11 кг/м3. 3.2. Массовый расход исходной смеси на входе в аппарат: GН = VН = 1,391,11 = 1,54 кг/с. V = 5000/3600 = 1,39 м3/с. 3.4. Расход распределяемого компонента и инертного вещества Gркн = GН EMBED Equation.3 н = 1,540,12 = 0,185 кг/с, Gин = GН(1 – EMBED Equation.3 н) = 1,540,88 = 1,355 кг/с. Масса распределяемого компонента поглощенного водой М = Gркн0,96 = 0,1850,96 = 0,178 кг/с Масса распределяемого компонента в газовой фазе на выходе Gркк = Gркн – М = 0,185 – 0,178 = 0,007 кг/с Расход газовой фазы на выходе: GК = Gн – М = 1,54– 0,178 = 1,362 кг/с. 3.6. Относительная концентрация аммиака на входе и выходе: EMBED Equation.3 = Gркн / Gин = 0,185/1,355 = 0,136 кг/кг, EMBED Equation.3 = Gркк / Gин = 0,007/1,355 = 0,005 кг/кг. 3.7. 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 = 2070 мм рт.ст. = 0,276 МПа константа Генри для NH3 0,136 = 170,276 EMBED Equation.3 /{290,1[17/18 + EMBED Equation.3 (1 – 0,276/0,1)]}. Решая это уравнение получим EMBED Equation.3 = 0,069 кг/кг. Через точку А ( EMBED Equation.3 = 0; EMBED Equation.3 = 0,005) и точку В ( EMBED Equation.3 = 0,136; EMBED Equation.3 = 0,069) проводим прямую, которая является рабочей линией при минимальном расходе воды mmin: mmin = tgmin = EMBED Equation.3 = (0,136-0,005)/0,069 = 1,90 кг/кг. Действительный расход воды m = 1,3mmin = 1,31,90 = 2,47 кг/кг, тогда уравнение рабочей линии будет: EMBED Equation.3 , отсюда конечная концентрация аммиака в воде EMBED Equation.3 = 0,053. Через точки А и С ( EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ) проводим действительную рабочую линию процесса абсорбции. EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = 0.136 EMBED Equation.3 =0,005 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 =0,069 А В С Рис.1 Зависимость между концентрацией аммиака в газовоздушной смеси EMBED Equation.3 и воде EMBED Equation.3 . Расход воды на входе: Lин = mGин = 2,471,355= 3,347 кг/с. Расход воды на выходе: LK = Lин + М = 3,347 + 0,178 = 3,525 кг/с. Средний расход воды: Lср = 0,5(Lин + LK) = 0,5(3,347 + 3,525) = 3,436 кг/с ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА АБСОБЕРА Скорость газа в абсорбере w = 0,05(ρж/ρг)0,5 где ρж = 998 кг/м3 – плотность воды при 20 ºС [1c. 537]; ρг – плотность газовой фазы при средней концентрации. Молярная концентрация на выходе из аппарата yк = МВ EMBED Equation.3 к/(МВ EMBED Equation.3 к+МА) = 290,005/(290,005+17) = 0,008 Средняя мольная концентрация: у = 0,5(0,19+0,008) = 0,099. Средняя молекулярная масса газовой смеси: М = МАу+(1 – у)МВ = 170,099+290,901 = 27,81 кг/моль. Средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях: г = МТ0Р/(22,4ТР0) = 27,83273∙0,1/(22,4293∙01) = 1,16 кг/м3. w = 0,05(998/1,16)0,5 = 1,47 м/с 4.2. Диаметр абсорбера: d = EMBED Equation.3 где Gср – средний расход газовой фазы: Gср = 0,5(GH + GK) = 0,5(1,54 + 1,362) = 1,451. d = (4∙1,451/1,47∙π∙1,16)0,5 = 1,04 м. Принимаем стандартный диаметр колонны 1,0 м, тогда действительное значение рабочей скорости газовой фазы: wг = 1,47(1,04/1,0)2 = 1,59 м/с. 4.4. Характеристика стандартной тарелки: Тарелка ТС-1000 Рабочее сечение тарелки – 0,713 м2; Диаметр отверстий – 5 мм; Шаг отверстий – 12 мм; Относительное свободное сечение тарелки – 10% Сечение перелива – 0,036 м2; Периметр слива, Lc – 0,8 м; Масса тарелки 41,5 кг. РАСЧЕТ ВЫСОТЫ АБСОРБЕРА Высота светлого слоя жидкости: h0 = 0,787q0,2hпер0,56wгm[1 – 0,31exp(-0,11μx)] где hпер = 0,04 м – высота переливной перегородки; q – линейная плотность орошения; μх = 1,0 мПа∙с – вязкость воды при 20 ºС [1c,537] m = 0,05 – 4,6hпер = 0,05 – 4,6∙0,04 = -0,134 q = Q/Lc = 0,0034/0,8 = 0,0043 м3/м∙с Q = L/ρж = 3,436/998 = 0,0034 м3/с – объемный расход воды h0 = 0,787∙0,00430,2∙0,040,56∙1,59-0,134[1 – 0,31exp(-0,11∙1,0)] = 0,029 м Плотность орошения: U = L/ρжSк где Sк = 0,785d2 – площадь колонны; U = 3,436/998∙0,785∙1,02 = 0,0044 м3/м2∙с 5.3. Газосодержание барботажного слоя: ε = Fr0,5/(1+Fr0,5) где Fr – критери Фруда: Fr = w2/gh0 = 1,592/9,8∙0,029 = 8,9 ε = 8,90,5/(1+8,90,5) = 0,75 5.4. Вязкость газовой смеси: Вязкость воздуха при 20 С EMBED Equation.3 , где 0 = 17,310-6 Пас – вязкость воздуха при 0 С [1c. 513], c = 124 – вспомогательный коэффициент . EMBED Equation.3 = 17,310-6(273+124)/(293+124)(293/273)3/2 = 18,310-6 Пас Вязкость аммиака при 20 С EMBED Equation.3 где 0 = 9,1810-6 Пас – вязкость воздуха при 0 С [1c. 513] c = 626 – вспомогательный коэффициент EMBED Equation.3 = 9,1810-6(273+626)/(293+626)(293/273)3/2 = 9,9810-6 Пас Вязкость газовой смеси найдем найдем из соотношения EMBED Equation.3 или 27,81 / см = 170,099/9,9810-6 + 290,901/18,310-6 откуда г = 17,410-6 Пас 5.5. Коэффициенты диффузии Коэффициент диффузии аммиака в воздухе: EMBED Equation.3 = 17,010-60,1(293/273)3/2/0,1 = 18,910-6 м2/с, D0 = 17,010-6 м2/с – коэффициент диффузии при стандартных условиях . Коэффициент диффузии аммиака в воде: Dж = 1,810-9 м2/с [1c. 540]. Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе: βжf = 6,24∙105Dж0,5[U/(1–ε)]0.5h0[μг/(μг+μж)]0,5 = = 6,24∙105∙(1,810-9)0,5[0,0044/(1–0,75)]0.5∙0,029[17,4/(17,4+1000)]0,5 = 0,013 м/с βжf = 0,0013∙ρж = 0,0013∙998 = 13,3 кг/м2∙с. Коэффициент массоотдачи в газовой фазе: βгf = 6,24∙105Dг0,5(w/ε)0.5h0[μг/(μг+μж)]0,5 = = 6,24∙105∙(18,910-6)0,5(1,59/0,75)0.5∙0,029[17,4/(17,4+1000)]0,5 = 14,98 м/с βгf = 14,98∙ρг = 14,98∙1,16 = 17,4 кг/м2∙с. 5.8. Коэффициент массопередачи: Kyf = 1/(1/βгf + m/βжf) = 1/(1/17,4+1,97/13,3) = 4,86 кг/м2∙с где m = 1,97 – коэффициент распределения, равный тангенсу угла на- клона равновесной линии. 5.9. Движущая сила процесса массопередачи: Δ EMBED Equation.3 м = EMBED Equation.3 к = 0,005 кг/кг Δ EMBED Equation.3 б = EMBED Equation.3 н – EMBED Equation.3 рн = 0,136 – 0,104 = 0,032 кг/кг Δ EMBED Equation.3 ср = ( EMBED Equation.3 б – EMBED Equation.3 м)/ln( EMBED Equation.3 б/ EMBED Equation.3 м) = (0,032 – 0,005)/ln(0,032/0,005) = 0,0145 кг/кг 5.10. Число тарелок в абсорбере Суммарная поверхность тарелок: F = M/KyfΔ EMBED Equation.3 cp = 0,178/4,86∙0,0145 = 2,53 м2 Рабочая площадь тарелки: f = φ0,785d2 = 0,1∙0,785∙1,02 = 0,0785 м2 где φ = 10% - доля рабочей площади тарелки. Требуемое число тарелок: n = F/f = 2,53/0,0785 = 32 шт 5.11. Высота колонны: Н = Нт(n-1)+Z1+Z2 где Нт = 0,5 м – расстояние между тарелками; Z1 = 1,6 м – высота сепарационного пространства; Z2 = 2,8 м – высота кубового пространства. Н = 0,5(32-1)+1,6+2,8 = 19,9 м 6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛОННЫ 6.1. Гидравлическое сопротивление сухой тарелки ΔРс = ζw2ρг/2φ2 где ζ = 1,5 – коэффициент сопротивления тарелки [2c.44]; φ = 0,1 – относительное свободное сечение колонны. ΔРс = 1,5∙1,592∙1,16/2∙0,12 = 220 Па Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения: ΔРσ = 4σ/dэ = 4∙0,07/0,005 = 56 Па где σ = 0,07 Н/м – поверхностное натяжение воды; dэ = 0,005 м – диаметр отверстий. 6.3. Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя: ΔРсл = ρжgh0 = 998∙9,8∙0,029 = 284 Па 6.4. Полное сопротивление тарелки: ΔРт = ΔРс+ΔРσ+ΔРсл = 220+56+284 = 560 Па. 6.5. Полное сопротивление колонны: ΔР = 560∙32 = 17920 Па. 6.7. Подбор газодувки и насоса для подачи воды. Объемный расход газовой смеси на входе в аппарат: V = 1,39 м/с. По полному сопротивлению колонны и объемному расходу газовой смеси выбираем газодувку ТВ-80-1,2 [3c.42], для которой V=1,67 м3/с, а ΔР = 20000 Па. Объемный расход воды и напор развиваемый насосом: Q = Lин/ρж = 3,347/998 = 0,0034 м3/с. Воду необходимо подать на высоту равную высоте колонны, следовательно Н > 20 м. По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос Х20/31 [3c.38], для которого Q = 0,0055 м3/с и Н=25 м. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ 7.1 Толщина обечайки: EMBED Equation.3 = 1,00,1/2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. 7.2. Днища. Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища 1 = = 8 мм. EMBED KOMPAS.FRW Масса днища mд = 74,3 кг. Объем днища Vд = 0,162 м3. 7.3. Фланцы. Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [4c36]: EMBED KOMPAS.FRW 7.4. Штуцера. 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 = (3,436/0,7851998)0,5 = 0,066 м, принимаем d1,2 = 65 мм. диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси: d3,4 = (1,451/0,785251,16)0,5 = 0,252 м, принимаем d3,4 = 250 мм. Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: EMBED KompasFRWFile 7.5. 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 = 1,016 м – наружный диаметр колонны; Dвн = 1,0 м – внутренний диаметр колонны; Ноб = 20 м – высота цилиндрической части колонны ρ = 7900 кг/м3 – плотность стали mоб = 0,785(1,0162-1,02)20,0·7900 = 4000 кг 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(4000+32∙41,5+2·74,3) = 6024 кг EMBED KompasFRWFile Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании. Масса воды при гидроиспытании mв = 1000(0,785D2Hц.об + 2Vд) = 1000(0,785·1,02·20 + 2·0,162) = 16024 кг Максимальный вес колонны mmax = mк + mв = 6024 +16024 =22048 кг = 0,216 МН Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D1 = 0.94 м, наружный диаметр опорного кольца D2 = 1,1 м. Площадь опорного кольца А = 0,785(D22 – D12) = 0,785(1,102 – 0,942) = 0,256 м2 Удельная нагрузка опоры на фундамент  = Q/A = 0,216/0,256 = 0,84 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