Проектирование насадочного абсорбера

ВВЕДЕНИЕ
2 РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
2.1 Определяем равновесные концентрации хлора в воде, расчет ведем по закону Генри
2.2. Расчет материального баланса
2.3. Определение рабочей скорости газа и диаметра аппарата
2.4. Определение высоты абсорбера
3 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
5 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
5.1 Цилиндрические обечайки.
5.2. Расчет днищ и крышек.
5.3 Расчет фланцевого соединения
5.4. Выбор опоры
6 ТЕХНОЛОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Проектирование насадочного абсорбера

где Vx –объемный расход жидкости через аппарат, .
Переведем массовый расход жидкости в объемный:
,
,

Условие выполняется.
2.4. Определение высоты абсорбера
Высоту насадки H, м, в аппарате обычно определяют через высоту единицы переноса и количество единиц переноса:
, м
где – высота единицы переноса по газовой фазе, м;
– количество единиц переноса.
Высоту единицы переноса можно определить через коэффициент массопередачи по газовой фазе Ky,
где S – поперечное сечение абсорбера, м2;
– коэффициент смачиваемости насадки.
где:и – коэффициент массоотдачи по газовой и жидкой фазах соответственно;
m – коэффициент распределения вещества по фазам.
Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи можно рассчитать из уравнения:
,
где: диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы:
где Dy – средний коэффициент диффузии в газовой фазе, ;
dэ – эквивалентный диаметр насадки, м;
Re – критерий Рейнольдса;
Pr – критерий Прандтля.
Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке (dэ=0,015 м):
Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы, при этом коэффициент диффузии ацетилена в азоте при температуре 25 ºС и атмосферном давлении:
Подставляем полученные критерии Рейнольдса и Прандтля в уравнение:
Находим коэффициент массоотдачи из уравнения
Выразим коэффициент массоотдачи в выбранной для расчета размерности:
,
где, уср – средняя концентрация ацетилена в газовой фазе;
Коэффициент массоотдачив жидкой фазе находят из обобщенного уравнения:
где диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы:
где: – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.
Приведенная толщина стекающей пленки жидкости может быть найдена из уравнения:
Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости:
Рассчитаем диффузионный критерий Прандтля для жидкости, при этом коэффициент диффузии ацетона в воде при температуре абсорбции 20°С.
Подставляем полученные критерии Рейнольдса и Прандтля в уравнение:
Находим коэффициент массоотдачи из уравнения:
Выразим коэффициент массоотдачи bx в выбранной для расчета размерности по формуле:
где: cxср – средняя объемная концентрация ацетона в воде, кг/м3;
ρх – плотность воды, кг/ м³.
Линия равновесия изображена в приложении 1 коэффициент распределения вещества по фазам m = 1,68.
Коэффициент массопередачи по газовой фазе Ky вычислим по формуле:
Поперечное сечение абсорбера рассчитаем по формуле:
Коэффициент смачиваемости насадки y при орошении колонны водой можно определить из следующего эмпирического уравнения:
где A = 1,02, b = 0,16, p = 0,4 для колец внавал.
Высоту единицы переноса определяем согласно уравнению:
Высоту насадки H, м, в аппарате определяем по уравнению:
, м
Принимаем высоту насадки равной 6 м.
Во избежание значительных нагрузок, а нижние слои насадки ее укладывают в колонне ярусами. Принимаем два слоя насадки высотой l1 = 3500мм и l2 = 3500 мм и l3 =2000 мм. Расстояние между слоями насадки l4 =1325 мм. Общую высоту абсорбционной колонны определяют, добавляя к высоте насадочной части (6 м) высоту между днищем абсорбера и насадкой (1,4 м) и высоту между крышкой аппарата (2,5 м).
3 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
Для расчетов диаметров штуцеров и труб служит следующее уравнение:
где: - рекомендуемая среднерасходная скорость перемещения среды в штуцере, м/с.
Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода
жидкой смеси (рекомендуемая скорость движения жидкости – 2 м/с):.
мм
Примем штуцер с Dy = 250 мм с толщиной стенки 6 мм /2/.
Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода
газовой смеси (рекомендуемая скорость движения газа – 15 м/с):
мм
Примем штуцер с Dy = 100 мм с толщиной стенки 4 мм /2/.
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Определение гидравлического сопротивления сухой насадки:
Па
где– эффективный коэффициент трения;
– эквивалентный диаметр насадки.
Число Рейнольдса для движения газа в насадке:
где: – динамическая вязкость газовой смеси при рабочих условиях, Па×с.
Коэффициент сопротивления насадки
Кольца Рашига неупорядоченные
Скорость газа в свободном сечении насадки:
Гидравлическое сопротивление сухой насадки
Гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера со смоченной насадкой , Па, можно рассчитать по формуле:
Па
5 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Корпуса аппаратов чаще всего работают в условиях статистических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением.
5.1 Цилиндрические обечайки.
Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ 14249-89
5.1.1. Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением.
Толщину стенок определяют по формулам:
где:давление в аппарате,
внутренний диметр, мм
расчетное значение толщины стенки, мм
допускаемое напряжение, МПа
Перерабатываемая среда: ацетон-воздух
Для данных технологических условий предпочтительней всего использовать сталь марки Х18Н10Т – вполне стойкую в этой среде со скоростью коррозии
Прибавка на коррозию определяется по формуле
где: Срок службы аппарата
Для материалов, стойких к перерабатываемой среде или при отсутствии данных о проницаемости рекомендуют принимать .
Следуем этой рекомендации и принимаем в расчете на то, что аппарат может прослужить дольше проектного срока.
допускаемое напряжение находим [3, с. 394]
сталь Вст3 имеет
Аппарат выполнен автоматической сваркой с коэффициент прочности сварного шва :
5.2. Расчет днищ и крышек.
Эллиптическая крышка рассчитываются по формуле.
где: давление в аппарате,
внутренний диметр аппарата,
расчетное значение толщины стенки, мм
допускаемое напряжение, МПа
5.3 Расчет фланцевого соединения
Фланцевые соединения применяют для разъемного соединения составных частей корпусов и крышек. На фланцах присоединяют к аппаратам трубы, арматуру
(Исполнение 1 - с гладкой уплотнительной поверхностью.)
Условное обозначение: Фланец 1-2000 – 0,6 ГОСТ 28759.2-90
Диаметр отверстия под болтовое соединение
Диаметр болта.
Материал для болта Сталь 3
Так как фланец исполнения 1 - с гладкой уплотнительной поверхностью, то для него выбирают прокладку по табл.
в исполнении 1 – для фланцев с гладкой уплотнительной поверхностью по:
Давлению в аппарате Внутренний диаметр аппарата
Условное обозначение: Прокладка 1-2000 – 06 ОСТ 26 – 430 - 79
Фланцы и прокладки, подобран­ные по стандартам, в расчете не нуждаются.
При конструировании аппаратов выполняют проверочный расчёт болтов в соответствии с ОСТ 26-373-82
1 .Определяют нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего давления
где
МН
2 . Рассчитывают реакцию прокладки
где: Давление в аппарате
для прокладок из паронита;
эффективная ширина прокладок;
при ширине прокладки
при ширине прокладки
мм