Расчет тарельчатого абсорбера для поглощения паров ацетона водой

Содержание

Техническое задание

1. Технологический расчет

2. Гидравлический расчёт

3. Конструктивный расчет

Заключение

Список использованных источников

Техническое задание

Рассчитать и спроектировать абсорбер с ситчатыми тарелками, работающие при атмосферном давлении для поглощения паров ацетона из паровоздушной смеси при t = 22°C. Количество паровоздушной смеси, подаваемой в абсорбер V=12 000 мі/ч. Содержание ацетона в паровоздушной смеси 10% об. В абсорбере улавливается 98% ацетона. Растворимость ацетона подчиняется закону Рауля. Абсорбер тарельчатый колпачковый.

1. Технологический расчет

Определение условий равновесия процесса

Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя пары ацетона - воздух- вода.

, ,

Относительная массовая концентрация паров ацетона в воздухе начальная.

Относительная массовая концентрация паров ацетона в воздухе конечная.

Равновесную концентрацию рассчитываем по закону Рауля:

,где - давление насыщенных паров ацетона(при T=22 C)

- давление в абсорбере.

Равновесная концентрация ацетона в воде конечная:

Конечную концентрацию Хк определяют из уравнения материального баланса:

Построение рабочей линии

Так как рабочая линия является прямой линией, то для ее построения необходимо знать координаты двух её точек.

Координаты для построения линии равновесия

Пересчитаем весовую долю ацетона в мольные на входе в абсорбер:

Молекулярная масса исходной смеси на входе в абсорбер:

Плотность газовой смеси при н.у.:

Плотность газовой смеси при рабочих условиях:

Расход газа по условиям в абсорбере

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:

Расход поглотителя (воды):

Удельный расход поглотителя:

Расчет движущей силы процесса

Определяем движущую силу внизу аппарата:

Определяем движущую силу вверху аппарата:

Средняя движущая сила определится:

Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Выбраны колпачковые тарелки.

Для них рабочая скорость газа можно рассчитать по уравнению:

где - диаметр колпачка, м;

- расстояние от верха колпачка до следующей тарелки, м;

плотность жидкой фазы, кг/м3;

сг - плотность газовой фазы при средней концетраци, кг/м3;

Рассчитаем плотность газовой фазы.

Средняя мольная концентрация:

Плотность воздуха при рабочих условиях:

Плотность паров ацетона при рабочих условиях:

Средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях:

Рассчитаем плотность жидкой фазы.

Средняя мольная концентрация:

Плотность воды при рабочих условиях (из справочника):

Плотность ацетона при рабочих условиях

Средняя плотность жидкой фазы при рабочих условиях:

Предварительно зададимся по [1]:

диаметром аппарат ,

диаметром колпачка ,

высотой колпачка

Расстоянием между тарелками ,

Расстоянием от колпачка до тарелки

Рассчитаем скорость газа по уравнению:

Диаметр аппарата будет равен:

Принимаем стандартный диаметр из ряда диаметров колонн

Выбранный и полученный диаметры колонн не совпали, значит требуется провести уточнённый перерасчёт. Но по [1] аппарат с имеет те же самые расчётные данные, что и аппарат с , а значит пересчёт не требуется.

Значит диаметр аппарата:

Уточнение скорости газовой смеси в аппарате:

Характеристика стандартной тарелки (ТСК-Р - 2200)

Диаметр колпачка

Количество колпачков

Свободное сечение тарелки

Высота переливного порога

Рабочее сечение тарелки

Масса тарелки , 186 кг

Периметр слива(ширина переливной перегородки)

Расчет коэффициентов массоотдачи.

Коэффициенты молекулярной диффузии для газа и жидкости:

абсорбер пар массоотдача

- учитывает ассоциацию молекул растворителя (для воды)

- мольная масса растворителя

мольные объёмы газов:

нац = 74 см3/атом

нвозд = 29,9 см3/атом

Рассчитаем по формулам:

Расчет Яx и Яy проводится по формулам:

Вязкость жидкости находим по уравнению:

где µxa и µxa вязкость жидких ацетона и воды при температуре абсорбции

µxa = 0,319 мПа*с при 22єС

µxвод = 0,98 мПа*с при 22є С

откуда = 71,6 мПа*с

Вязкость газовой фазы рассчитывается по приближенной формуле

аддитивности:

µв = 18,23 мкПа с - вязкость воздуха при 22 0С

µа = 7,41 мкПа с - вязкость паров ацетона при 22 0С

Рассчитаем коэффициенты массоотдачи:

Для получения выбранной размерности умножим коэффициенты массоотдачи на плотности фаз:

ву = 0,46*(су - yср) = 0,46*(1,35 - 0,123) = 0,56 кг/м2с

вх = 0,00038*(сх - xср* сх) = 0,00038*(929 - 0,28*929) = 0,254 кг/м2с

Следовательно, коэффициент массопередачи :

где - тангенс угла наклона к линии равновесия

Расчет числа тарелок абсорбера

Число тарелок абсорбера находим по уравнению. Суммарная площадь тарелок F равна:

Рабочую площадь тарелок с перетоками f определяют с учетом площади, занятым переливными устройствами:

f = ц*0,785*d2

где ц - доля рабочей площади тарелки, примем ц=0,9;

Рассчитаем рабочую площадь одной тарелки по уравнению

Тогда требуемое число тарелок определяют делением суммарной площади тарелок F на рабочую площадь одной тарелки f:

n принимаем 34 тарелки

Определение высоты абсорбера

Расстояние между тарелками предварительно зададимся[3]:

Проверим брызгоунос:

Где коэффициенты, зависящие от типа тарелки.

- поверхностное натяжение.

Высота подпора жидкости над сливным устройством:

- объемный расход воды.

Условия выполняются.(0,1>0.097)

Высота колонны:

Н = Нт(n-1)+(Нл - Нт )u+Z1+Z2

Нл = 900 - расстояние между тарелками в месте установки люка,

u=16 - кол-во люков между тарелками.

где Нт = 0,6 м - расстояние между тарелками;

Z1 = 1 м - высота сепарационного пространства;

Z2 = 2,5 м - высота кубового пространства.

Н = 0,6(34-1)+(0.9-0.6)*16+1+2,5 = 28.1 м

2. Гидравлический расчет колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

ДРс = жw2сг/2Fc 2

где - коэффициент сопротивления тарелки с диаметром колпачка Dk=0.1 м;

Fc = 0,123 - относительное свободное сечение колонны.

ДРс = 3,1•1,182•1,35/2•0,1232 = 192.584 Па

Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:

ДРу = 4у/Dk = 4•0,07/0,1 = 2.8 Па

где у = 0,0663 Н/м - поверхностное натяжение воды;

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя:

ДРсл = сж·g·h0 = 929•9,8•0,034 = 309,9 Па

Полное сопротивление тарелки:

ДРт = ДРс+ДРу+ДРсл = 505,094 Па.

Полное сопротивление колонны:

ДРа = 505.094•34 = 17 170 Па.

Расчёт потерь давления на местные сопротивления ()

Полное гидравлическое сопротивление абсорбера:

3. Конструктивный расчет

Так как водный раствор ацетона при температуре 22 С° является коррозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, обладающую необходимыми конструкционными свойствами.

Толщина обечайки:

д = 165 МН/м2 - допускаемое напряжениe,

P = 0.101325 Мпа - давление в абсорбере,

= 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва,

Поправка на коррозию рассчитывается:

- коррозионная проницаемость;

- амортизационный срок службы;

Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки = 8 мм.

Проверка на допустимое давление:

Расчет днища.

= 1 - для днищ, изготовленных из цельной заготовки

По ГОСТ 6533 - 78 примем толщину стенки днища дн = 8 мм.

h1 = 40 мм

HH = 550 мм

Масса днища mд = 350 кг.

Объем днища Vд = 0.15395 м3.

Расчет фланцевого соединения

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ГОСТ 28759.2-90:

D1 = 2330 мм

D2 = 2290 мм

D3 = 2246 мм

b = 55 мм

а1 = 14 мм

S = 10 мм

d = 23 мм

Pусл = 0,3 МПа

Диаметр болтов - M20,

Количество болтов z = 72

Расчет условного диаметра штуцеров.

Условный диаметр рассчитываем исходя из объемного расхода и рекомендуемой скорости движения среды. Рекомендуемые скорости примем для газа , для жидкости .

Диаметр штуцера определяем по формуле:

где объёмный расход фазы.

Диаметр штуцера для входа и выхода жидкости:

Принимаем

Диаметр штуцера для входа и выхода газа:

Принимаем

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80,

Расчет опоры аппарата.

Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5,

размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми

юбочными цилиндрическими опорами.

Ориентировочная масса аппарата.

Масса обечайки

где Dн = 2,216 м - наружный диаметр колонны;

Dвн = 2,2 м - внутренний диаметр колонны;

Ноб = 28,1 м - высота цилиндрической части колонны

с = 7900 кг/м3 - плотность стали

Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда

mк = 1.1(mоб + mт + 2mд )= 1,1(12312.7+34•186+2·350) = 21 270 кг

Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидроиспытании

mв = 1000(0,785D2Hц.об+2Vд) = 1000(0,785·2.22·28.1 + 2·0.15395) = 107071 кг

Максимальный вес колонны

mmax = mк + mв = 21 270 +107071 = 129 000 кг = 1.26 МН

Примем по ОСТ 26-467-84:

Опора 2-2200-1,6-0,8-2300

D1 = 2.1 м,

D2 = 2,38 м.

D3 = 2.5 м

S1 = 8 мм

S2 = 25 мм

S3 = 25 мм

d = 60 мм

Фундаметные болты - M36 ГОСТ 24379.1-80

Количество болтов z = 16

Площадь опорного кольца

А = 0,785(D32 - D12) = 0,785(2,52 - 2,12) = 1.444 м2

Удельная нагрузка опоры на фундамент

= Q/A = 1.26/1.444 = 0.872 МПа < [] = 15 МПа - для бетонного фундамента.

Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитан тарельчатый абсорбер для поглощения паров ацетона водой и сделан чертеж общего вида аппарата с разрезами. Из полученных результатов, можно сделать вывод, что рассчитанный абсорбер получился средней высоты и с достаточно большим гидравлическим сопротивлением.

В процессе выполнения курсового проекта были проведены расчёты: материального баланса, скорости газа и диаметра колонны, определение числа тарелок и механические расчеты.

В результате расчетов я получил тарельчатый абсорбер диаметром 2200 мм, высотой 28.1 м с количеством колпачковых тарелок (типа ТСК-Р) равным 34.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.

2. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.

4. Рамм В.М. Абсорбция газов. М. : Химия, 1975. 655 с.

5. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004

6. Учебно-методические указания по выполнению курсовой работы

по дисциплине «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехи-мии» /Составители Хафизов Ф.Ш., Фасхутдинов Р.Р., Ибрагимов Р.Р. - Уфа, 2009