Расчет абсорбера

 

Строится линия  равновесия рис. 2.1. На у-х диаграмме  строится точка В с координатами  (х₂; у₂)и точку А на линии равновесия с ординатой у₁. Абсцисса точки будет х₁.

Рис. 2.1 Линия  равновесия

Находится минимальный удельный расход поглотителя

                                           (2.10)

Удельный расход поглотителя составит:

                                                 (2.11)

Определяется расход воды (поглотителя)

                                                 (2.12)

где - количество воздуха при нормальных условиях.

кг/ч

Конечную концентрацию ацетона  в поглощающей воде определяется по формуле:

                                            (2.13)

Уравнение рабочей линии находим  по формуле:

                            (2.14)

Для построения рабочей линии на диаграмме, проводится прямая через  точки А (х₁; у₁) и В (х₂; у₂) (рис. 2.2)

Определяется движущая сила на входе  газа в абсорбер

                                              (2.15)

Движущая сила на выходе газа из абсорбера

                                         (2.16)

Рис. 2.2. рабочая линия и линия  равновесия

Определяется среднеарифметическая движущая сила

                                        (2.17)

 

Определяется теоретическое число единиц переноса

                                          (2.14)

Принимается число единиц переноса 5.

Определяется число ступеней графическим  методом рис. 2.3

Рис. 2.3. Теоретическое число единиц переноса

В тарельчатом абсорбере 1 единица  переноса (ступень) соответствует 1 тарелке, соответственно теоретическое число  тарелок 

 Действительное число тарелок равно:

 

N_p = ,       (2.15)

где N_т – число теоретических тарелок;

 η – к.п.д. тарелок

N_p =

Принимается рабочее число тарелок  N_p =9 шт.

Материальный  баланс  показывает,  что  аппарат имеет высокую нагрузку  по  жидкости,  наряду  с  высокой  нагрузкой  по парогазовой  смеси.  Поэтому  принимаем  решение  установить  в  аппарате колпачковые тарелки.

Диаметр аппарата

Диаметр колонны определяем из уравнения  расхода:

       (2.16)

где V – объемный расход воздушно-газовой смеси в наиболее нагруженном сечении аппарата, м³/с; ω – максимальная допустимая скорость смеси, м/с.

 Наиболее   нагруженным   является   сечение   аппарата   под   нижней

тарелкой; объемный расход парогазовой смеси в этом сечении равен:

м³/с   (2.17)

Максимальная допустимая скорость парогазовой смеси равна:

     (2.18)

где С - коэффициент, определяемый по графику [7] в зависимости от расстояния между тарелками и типа тарелок; для колпачковых тарелок и расстоянием между тарелками  h = 600мм, С = 0,047, [7]; плотность жидкости в нижней части аппарата принимается равной плотности воды ρ_ж = 980 кг/м³ ;

Диаметр аппарата:

Выбираем стандартный диаметр  обечайки колонны d = 1,8 м.

При этом действительная рабочая скорость парогазовой смеси в свободном сечении аппарата будет равна:

 

     (2.19)

 

где F_СВ - площадь свободного сечения аппарата в межтарелочном отделении, которая на 10-15 % меньше поперечного сечения аппарата.

Тогда

    (2.20)

Высота аппарата

Рабочая высота аппарата определяется по формуле:

H_p = h₁+ h₂+ h₃                                 (2.21)

где h₁ - высота нижней части колонны;

h₂ - высота нижней секции колонны (занятой тарелками);

h₃ – высота аппарата над его верхней тарелкой.

Высота нижней части колонны h₁ равна:

h₁= h₄+ h₅,     (2.22)

при этом h₄ – высота уровня жидкости внизу абсорбера; h₅ = 1,2-2,0 м – высота над уровнем жидкости внизу абсорбера.

Высоту h₁ нижней части аппарата можно рассчитать, исходя из пятиминутного запаса жидкости при h₅ = 1,6 м:

                 (2.23)

Высота h₂ равна:

h₂= (N_p-1)h_Т;    (2.24)

h₂= (9-1)∙0,6=4,8 м.

На основе практических данных [7] высоту над верхней тарелкой примем равной h₃ = 1,5 м.

Тогда рабочая высота колонны будет  равна:

H_p = 2,0+ 4,8+ 1,5 =8,3 м.

Рисунок 2.4 Схема для расчета рабочей высоты колонны

2.2 Гидравлический расчет тарелок

По [7] скорость пара в рабочем сечении колонны:

,     (2.25)

где d_к – диаметр колпачка, м; h_к – расстояние от верхнего края колпачка до выше расположенной тарелки; h_к = 445 мм.

По  [7] d_к = 100 мм.

Рабочая площадь тарелки [7]:

;     (2.26)

По ОСТ 26-808-73 выбирается тарелка  типа ТСК-Р для колонны диаметром D=1800 мм: рабочая площадь тарелки Fр=1,86 м²; площадь прохода паров F₀=0,272 м2; площадь слива F_сл=0,334 м₂; периметр слива П=1,42 м; длина пути жидкости по тарелке lж=1,096 м, количество колпачков на тарелке m=86.

Высота подпора жидкости над  сливным порогом [7]:

,    (2.27)

где  V ж  - объемный  расход  жидкости в колонне, м³ /с;

Высота открытия прорези колпачка [7] :

Принимается в соответствии со справочными  данными [7], высота прорези h_пр=30 мм.

Рисунок 2.5 – Основные параметры колпачковой тарелки

Глубина барботажа [12]:

 

,     (2.28)

 

где р – давление в колонне, Па;

Высота сливного порога на колпачковых  тарелках [7]:

h_пор=h_гб-h_сл+h_пр+h_у,     (2.30)

где hу – высота установки колпачка (0…10 мм расстояние от тарелки до нижнего  торца колпачка), м.

h_пор= 0,0428-0,03+0,03+0,01=0,0528 м.

Высота пены образующейся на тарелке [7]:

,         (2.31)

где k₂, k₃ , k₄– коэффициенты, значения которых для колпачковых тарелок по[7]:

k₂ = 0,23,

k₃ = 4,4∙10^-2,

k₄ = 4,6;

s – поверхностное натяжение жидкости, которое по [7]:

s = 22∙10-3 Н/м.

м.

Относительный унос жидкости [7]:

,     (2.32)

 

где по [7]:

              n₁ = 1,16;

               k₁ = 23∙10-5.

.

В промышленных колоннах допускается  брызгоунос не более 0,1 кг жидкости / кг пара.

Скорость жидкости в зазоре между  основанием тарелки и нижней кромкой  сливного стакана должна отвечать условию [7]:

 

w_жз=V_жд/(П∙а)<0,45,    (2.33)

где а – зазор под сливным  стаканом, по [7]  для тарелок типов ТСК-Р: а=0,06 м.

w_жз=0,26/(1,42×0,06)=0,164 м/с <0,45 м/с.

Общее сопротивление тарелки с  переливным устройством [7]:

Dр=Dрс+Dрж+Dрσ,     (2.34)

где Dр_с – сопротивление сухой тарелки, Па; Dр_ж – сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па; Dр_σ – сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па.

Сопротивление сухой тарелки по [7]:

;    (2.35)

где ω_о – скорость пара в паровых патрубках;

       ζ_с – коэффициент сопротивления.

Скорость пара в паровых патрубках:

;      (2.36)

Коэффициент сопротивления для колпачка диаметром dк = 100 мм [7]:

;     (2.37)

.

Тогда

 

 

 

Сопротивление слоя жидкости на тарелке [7]:

,   (2.38)

где Dh – перепад уровня жидкости на тарелке по пути ее движения, м.

,              (2.39)

где lэ – эквивалентный коэффициент сопротивления перетоку жидкости по тарелке (для нормализованных тарелок с перекрестным движением пара и жидкости с капсульными колпачками по [8]: 

lэ»16∙lж = 16∙1,096 = 17,5.

Тогда

Гидравлическое сопротивление, обусловленное  силами поверхностного натяжения:

ΔPσ= ,       (2.40)

где σ – поверхностное  натяжение [9]; dэ =dк – эквивалентный диаметр прорези в колпачковой тарелке, м.

 

 Па;

Dр =42+713+1=756 Па.

Гидравлическое сопротивление  аппарата составит

 кПа

2.3. Тепловой расчет аппарата

Из уравнения теплового баланса  абсорбера рассчитывается температура жидкости на выходе

                                      (2.41)

где С=4185,81 Дж/кг- удельная теплоемкость жидкости;

       Ф= 2070 кДж/кг- дифференциальная теплота равновесия;

      - температура на входе в абсорбер;

      - температура на выходе из абсорбера

                                    (2.42)

⁰С

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы проведен анализ аппаратов, для очистки ацетона, а также свойств компонентов и веществ, которые возникают в процессе его работы. С учетом задания на курсовой проект, выполнен расчет материального и теплового баланса аппарата, а также гидравлический расчет, на основе которого выполнены соответствующие графические изображения (чертежи).

Рассмотренные вопросы охраны труда, возникающие при эксплуатации аппарата, представлены рекомендации по защите персонала от опасных и вредных факторов и охране труда.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров И.А. ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1971.

2. http://www.kristallikov.net/page48.html

3. http://www.vodainfo.com/ru/about_water/properties/physical.html

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%EE%E7%E4%F3%F5

5. Охрана отруда в химической промышленности. Г.В. Макаров, А.Я. Васин, Л.К. Маринина и др. – М., Химия, 1989. – 496 с.

6. Плановский А. Н. Процессы  и аппараты химической технологии. М. Химия 1976. 848 с.

7. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 10-е, пер. И доп. – Л., Химия,1987.

8. Кузнецов А. А., Кагерманов С.  М., Судаков Е. Н., Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л, 1974. 344с.

9. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Л., «Машиностроение», 1970 г., 752 стр. Табл. 476. Библ. 218 назв.