p align="left">где -движущая сила процесса верха колонны, кг/кг; кг/кг; Условие выполняется. Рассчитаем массовый расход инертной части газа.[4.1.5] [4.1.5] где G- массовый расход инертной части газа, кг/с; Vо- объемный расход газа, м3/с; -средняя плотность инертной части газа, кг/м3; Определим плотность инертной части газа.[4.1.6] [4.1.6] где -плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; - объемная массовая концентрация аммиака в воздухе, кг/м3; Оприделим массовую концентрацию в воздухе:[4.1.7] [4.1.7] кг/м3; здесь кг/м3; Тогда: кг/м3; кг/с; Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:[4.1.8] кг/с; [4.1.8] Определим расход поглотителя:[4.1.9] кг/с; [4.1.9] Тогда соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя определяется:[4.1.10] кг/кг [4.1.10] Расходы поглощающей смеси на входе и выходе абсорбера, соответственно Lсм.н Lсм.к, определяются выражениями: кг смеси/с; кг смеси/с; Расходы газовой смеси на входе и выходе абсорбера, соответственно Gсм.н и Gсм.к, будут: кг смеси/с; кг смеси/с; 4.2 Расчет средней движущей силы процесса Движущую силу процесса определяем по формуле:[4.2.1] [4.2.1] где - средняя движущая сила процесса, кг/кг; - большая и меньшая движущие силы процесса соответственно, кг/кг; Присваиваем : кг/кг; кг/кг; кг/кг; 5. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ 5.1 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера Скорость газа в интервале устойчивости раборы провальных тарелок может быть оприделена с помощью уравнения [5.1.1] [5.1.1] Выбираем сетчатую провальную тарелку со свободным сечением Fс=0,2 и ширенной щели ?=6мм; при этом dє=2?=2*0,006=0,012м. В - коэффициент, равный 2,95 для нижнего и 10 верхнего пределов работы тарелки. Наиболее интенсивный режим работы тарелок соответствует верхнему пределу, когда В=10 однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимают В=6-8. Приняв коэффициент В=8, получим: Плотность газа при условиях в абсорбере составит: кг/м3; --плотности газа и жидкости соответственно, ;1,169 Диаметр абсорбера рассчитывают из уравнения расхода газа[5.1.2]: [5.1.2] Где V0 - производительность по газу при нормальных условиях, T0 - температура при стандартных условиях, К. t - температура процесса, К. P0 - давление при стандартных условиях, Па. P - давление газа поступающее на установку,Па. м Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера D=1,2m. При этом действительная скорость газа в абсорбере равна[5.1.3]: [5.1.3] м/с. Расчет коэффициента массопередачи тарельчатых абсорберов проводят по модификационному уравнению массопередачи для жидкой и газовой относят к единице рабочей площади тарелки.[5.1.4] , [5.1.4] где М - Масса передаваемого вещества через поверхность массопередачи в еденицу времени, кг/с; F - Суммарная рабочая площадь тарелок в абсорбере, В этом случае необходимое число тарелок определяют делением суммарной площади тарелок на рабочую площадь одной тарелки: , n - число тарелок; f - рабочая площадь одной тарелки, Коэффициент массопередачи находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:[5.1.5] [5.1.5] Где и -- коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно ; -- коэффициент распределения, ; -- коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно, . Воспользуемся обобщенным критериальным уравнением [5.1.6], применимое для различных конструкций барботажных тарелок: [5.1.6] При этом для жидкой фазы: ; Для газовой фазы: ; где А - коэффициент Dx,Dy - коэффициенты молекулярной диффузии распределяемого компонента соответственно в жидкости и газе, ; - Средние скорости жидкости и газа в барботажном слое, м/с; ? - газосодержание барботажного слоя ; Гс= - критерий гидравлического сопротивления, х-щий относительную величину удельной поверхности массопередачи на тарелке; ?Pn=?gh0 - гидравлическое сопротивление барботажного газо-жидкостного слоя (пены) на тарелке, Па; h0 - высота слоя светлой жидкости на тарелке, м; l - характерный линейный размер,(средний диаметр пузырька) газовой струи в барботажном слое, м. В интенсивных гидродинамических режимах лин. Размер l становится практически постоянным. Тогда критериальные уравнения массоотдачи, приводится в этом случае к удобному для расчета виду: ; [5.1.7] [5.1.8] Выбираем сетчатую провальную тарелку со свободным сечением Fс=0,2 и ширенной щели ?=6мм; при этом dє=2?=2*0,006=0,012м. Найдем гидравлическое сопротивление барботажного газожидкостного слоя на тарелки, Па:[5.1.9] , [5.1.9] где hn - высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м. Высоту газожидкостного слоя для провальных тарелок определяют по уравнению:[5.1.10] [5.1.10] где - критерий Фруда; W0 - скорость газа в свободном сечении (щелях) тарелки, м/с; В - коэффициент, равный 2,95 для нижнего и 10 верхнего пределов работы тарелки. Наиболее интенсивный режим работы тарелок соответствует верхнему пределу, когда В=10 однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимают В=6-8. [5.1.11] где U - плотность орошения, ; g - ускорение свободного падения, ; ? - поверхностное натяжение жидкости, Н/м Плотность орошения для провальных тарелок, не имеющих переливных устройств, найдем по уравнению:[5.1.12] [5.1.12] L - расход поглотителя воды кг/с. Найдем плотность орошения: = Пересчитаем величину коэффициента В, которая была принята равной 8, с учетом действительности скорости газа в колоне:[5.1.13] [5.1.13] 5.2 Расчет высоты светлого слоя жидкости Высоту светлого слоя жидкости на тарелке находят из соотношения:[5.2.1] [5.2.1] hп - высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м. Рассчитаем критерий Фруда: Отсюда находим высоту газожидкостного слоя: м Газосодержание барботажного слоя находят по уравнению: Тогда высота светлого слоя жидкости: м 5.3 Расчет коэффициентов массоотдачи Для расчета коэффициента массоотдачи, найдем значения коэффициентов молекулярной диффузии по уравнению:[5.3.1] Коэффициент диффузии компонента газовой фазы А в газе В можно рассчитать, пользуясь полуэмпирической зависимостью [5.3.1]: , [5.3.1] Где VA VB - мольные объемы газов А и В соответственно в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, /кмоль; МА и МВ - мольные массы газов А и В соответственно кг/кмоль; Р - давление в абсорбере, Па; Т - температура газа, К. м3/кмоль; м3/кмоль; Определим Dy для рассматриваемого случая: Коэффициент диффузии Dx в разбавленных растворах можем вычислить по уравнению [4.4.2] [5.3.2] Где М - мольная масса растворителя, кг/кмоль; Т - температура растворителя, К; VА - мольный объем поглощаемого компонента, ; x - поправочный компонент (x = 2.6 для воды); Рассчитав значения коэффициентов молекулярной диффузии, вычисляем коэффициенты массоотдачи: м/с = м/с Выразим и в выбранной для расчета размерности: кг/(м2·с) кг/(м2·с) Коэффициент массопередачи: 5.4 Расчет числа тарелок абсорбера Суммарная поверхность тарелок абсорбера находиться из модифицированного уравнения массопередачи[5.4.1]: м2 [5.4.1] Требуемое число тарелок [5.4.1]: [5.4.2] 5.5 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера Расстояние между тарелками барботажного типа принимают равными или несколько большими суммы высот барботажного слоя и сепарационного пространства: где h - расстояние между тарелками; hп - высота барботажного слоя, м; hс - высота сепарационного пространства, м Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимой величиной брызгоуноса с тарелки, принимаемой равной 0,1 кг жидкости на 1 кг газа. Значение l для провальных тарелок рассчитывают по уравнению[5.5.1]: ; [5.5.1] Где f -поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565 (?х /?)1,1; ? - в mH/m; коэффициент А и показатели степени m и n приведены ниже: А= m= 2.56 n= 2.56 С учетом - поверхностное натяжение жидкой фазы, Н/м будет равна: тогда решая это уравнение относительно hс будет: hс=0,101м, Тогда расстояние между тарелками: h=0,035+0,101=0,136м В соответствии с требованиями выбираем стандартное значение h=200 мм Высота тарельчатой части абсорбера определяется по формуле м; Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Zн определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера Zв зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). Примем эти расстояния равными соответственно 1,4 и 2,5м. Тогда общая высота одного абсорбера: Ha=Нн+Zв+Zн=6,2+1,4+2,5=10,1 м. 6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 6.1 Расчет гидравлического сопротивления тарелок абсорбера Гидравлическое сопротивления тарелок абсорбера определяют по формуле: , где - полное гидравлическое сопротивление одной тарелки, Па. Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:[5.1.1] , [6.1.1] где , , - гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки, газожидкостного слоя (пены) на тарелке сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па [6.1.2] где - коэффициент сопротивления сухой тарелки. Тогда Па Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке[5.1.3]: [6.1.3] кПа гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно [5.1.4]: Па [6.1.4] Диаметр отверстия для ситчатой тарелки dє=12, мм. Тогда полное гидравлическое сопротивление: Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера: 6.2 Расчет и выбор штуцеров Присоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью труб и штуцеров. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают исходя из оптимального диаметра и давления среды. Для каждого случая необходимо исходить из оптимального значения скорости. Расчет штуцеров для ввода и вывода абсорбента. Выберем значение w для абсорбента, равное 1 м/с. Тогда диаметр штуцера будет: м Расчет штуцеров для ввода и вывода газовой смеси. Значение w для газовой смеси выберем равной 40 м/с, тогда м По ОСТ 261404-76 определим основные параметры патрубков стандартных стальных фланцевых тонкостенных штуцеров: При заданном расходе V и скорости принимаем в напорных трубопроводах w=1m/c ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ШТУЦЕРОВ |
Dy, мм | dT, мм | ST, мм | HT, мм | | 200 | 219 | 6 | 160 | | 500 | 530 | 12 | 210 | | |
При условном давлении до 1 МПа 7.ЛИТЕРАТУРА 1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии .- Л: Химия, 1976.-552 с. 2. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия,1968.-847с. 3.Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.- М.: Химия,1972.-496с. 4.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1971.-750с. 5. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию .-М.: Химия,1991.- 496с. 6. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник . -Л.: Машиностроение,1981.-382с. 7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник . -Л.: Машиностроение,1970.-752с.
Страницы: 1, 2
|