Х
|
t
|
x
|
ф
|
р
|
У
|
|
|
|
|
|
|
0,0050
|
20,00
|
0,00140
|
607,118
|
0,85
|
0,002
|
0,020
|
22,34
|
0,00559
|
684,427
|
3,828
|
0,011
|
0,040
|
24,69
|
0,01112
|
770,126
|
8,568
|
0,025
|
0,060
|
27,03
|
0,01659
|
864,960
|
14,354
|
0,042
|
0,080
|
29,37
|
969,724
|
21,339
|
0,064
|
0,10
|
31,72
|
0,02736
|
1085,267
|
29,688
|
0,090
|
0,120
|
34,06
|
0,03265
|
1212,492
|
39,586
|
0,121
|
0,140
|
36,41
|
0,03788
|
1352,358
|
51,232
|
0,160
|
0,160
|
38,75
|
0,04306
|
1505,885
|
64,847
|
0,206
|
0,180
|
41,09
|
0,04819
|
1674,152
|
80,670
|
0,262
|
0,192
|
42,49
|
0,05121
|
1781,732
|
91,239
|
0,301
|
При парциальном давлении в поступающем газе по закону Дальтона
,
равновесная концентрация в жидкости, вытекающей из абсорбера, составит . При степени насыщения воды конечная концентрацияв жидкости равна:
.
Принимаем, что газовая смесь, поступающая на установку, перед подачей в
колонну охлаждается в холодильнике до . В этом случае объем газовой смеси,
поступающей в абсорбер равен
.
Количество сернистого газа, поступающего в колонну:
,
где - плотность при 20°С.
.
Количество воздуха, поступающего в колонну:
,
где 1,185 - плотность воздуха при 25°С, кг/м3.
Плотность газа, поступающего на абсорбцию:
,
.
Количество поглощенного :
,
.
Расход воды в абсорбере:
,.
. Определение
скорости газа и диаметра абсорбера
Принимаем в качестве насадки керамические кольца Рашига размером 50х50х5 мм.
Характеристика насадки: удельная поверхность 90 м2/м3; свободный объем 0.785/; эквивалентный диаметр 0.035 м.
Предельная скорость газа в насадочных абсорберах:
,
где - скорость газа в точке инверсии фаз, м/с;
- вязкость воды при 20°С;
- вязкость воды при средней температуре в колонне t=31°С;[3]
А, В коэффициенты для насадки ;А= -0,073; В=1,75 - для колец Рашига;
[1]
свободный объем,
L, G-расход жидкости, газа,
удельная поверхность,
ускорение свободного падения,
,
,
.
Рабочая скорость газа в колонне:
,
.
Диаметр колонны:
,
.
Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны .
Плотность орошения колонны
,
.
Оптимальная плотность орошения:
, [2]
- коэффициент при абсорбции.
[1]
Отношение >1, коэффициент смачиваемости .[2]
. Определение
высоты насадочного абсорбера
Высота насадочного абсорбера определяется по уравнению
,
где - высота насадочной части колонны, м;
- соответственно сепарационной части колонны (над насадкой),
нижней части колонны и между слоями насадок (если насадка уложена в несколько
слоев), м.
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой определяется необходимостью
равномерного распределения газа по переточному сечению колонны. Обычно это
расстояние принимают равным . Принимаем
Расстояние от верхней части до крышки абсорбера зависит от размеров
распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного
пространства, в котором устанавливают каплеотбойники для предотвращения
брызгоуноса из колонны. Принимаем .
Высота насадочной части колонны:
,
где f - удельная поверхность насадки, м2/м3;
S - площадь сечения колонны, м2/с;
- коэффициент смачиваемости;
- движущая сила процесса, кг/кг.
М- количество вещества, кг/с;
К- коэффициент массопередачи, кг/(м с ед.дв.силы)
Движущая сила внизу абсорбера на входе газа
.
Вверху абсорбера на выходе газа
.
Т.к. отношение , то средняя движущая сила
,
.
Коэффициент массопередачи определим по формуле
,
где m - тангенс угла наклона равновесной
кривой,
;
- коэффициент массоотдачи в газовой фазе, ;
- коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, ,
,
где - коэффициент диффузии в газовой фазе,
- атомный объём,
=
=29,9 [3]=298 К
- критерии Рейнольдса для газовой фазы;
- диффузионный критерий Прандтля;
- эквивалентный диаметр, м
,
,
.
,
где и - соответственно динамические коэффициенты вязкости диоксида
серы и воздуха при температуре 25°С.
[3]
,
.
,
т.е. режим движения газа турбулентный.
,
Для колонн с неупорядоченной насадкой при , d=10-25 мм, коэффициент , . [2]
.
Выразим в выбранной для расчета размерности
Определим коэффициент массоотдачи в жидкой фазе. Для этого определим
следующие величины:
) приведенная толщина стекающей пленки жидкости
,
.
2)модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки
жидкости
,
,
.
2)диффузионный критерий Прандтля для жидкости
,
где - коэффициент диффузии в воде при ;
.
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе определяем по формуле:
,
где - коэффициенты. [4]
.
Выразим в выбранной для расчета размерности
.
Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе :
.
Определим площадь поверхности массопередачи в абсорбере
,
.
Высоту насадки, требуемую для создания этой площади поверхности
массопередачи, определяем
где f - удельная поверхность насадки, м2/м3;
S - площадь сечения колонны, м2/с;
- коэффициент смачиваемости;
.
Принимаем
Высота колонны
.
. Расчет
гидравлического сопротивления насадки
Сопротивление сухой насадки
абсорбер концентрация гидравлический насадка
,
.
- коэффициент гидравлического сопротивления или коэффициент
Дарси.
высота слоя насадки, м
эквивалентный диаметр, м
скорость газа, м/с
плотность газа,
Т.к. критерий Рейнольдса для газа , то коэффициент сопротивления сухой
насадки определяется по формуле
,
,
Сопротивление орошаемой насадки при интенсивности орошения
,
где - постоянная, для колец Рашига 50 мм ,[1]
.
Давление, развиваемое газодувкой ,
где 1.05 - коэффициент, учитывающий потери давления при входе газового
потока в колонну и в насадку, при выходе газового потока из насадки и колонны,
в подводящих газопроводах.
.
. Расчет и подбор насоса
Выбираем диаметр трубопровода. Для этого, определяем минимальный диаметр,
необходимый для обеспечения скорости движения потока, равной 2 м/с. [2]
где - плотность воды при 31°С.
По таблице [5] принимаем стандартный трубопровод выполненный из
углеродистой стали при толщине стенки 5 мм, с внутренним диаметром d = 60 мм.
Тогда скорость потока:
Определяем критерий Рейнольдса:
- скорость движения воды по трубопроводу, м/с
плотность воды,
- диаметр трубопровода, м
коэффициент динамической вязкости,
Абсолютную шероховатость трубы принимаем e = 0,2 мм [2]. Тогда степень шероховатости:
По рис 1.5 [3] определяем значения
коэффициента трения
Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений :
) для всасывающей линии:
вход в трубу (принимаем с острыми краями):[1].
нормальный вентиль: для d=60 мм .
2)для нагнетательной линии
выход из трубы
нормальных вентиля .
задвижка
колена под углом 90 .
Определяем потери напора:
)во всасывающей линии [2]
2)в нагнетательной линии [2]
Потери во всасывающем и напорном трубопроводах равны:
м
Насос подбираем по величинам подачи и напора. Необходимый напор равен:
Считаем, что насос качает жидкость из емкости с атмосферным давлением Р2.
Т.к. колона работает под атмосферным давлением Р1, то
Мощность, необходимая для перекачивания жидкости:
кВт,
где -объемный расход жидкости.
Принимаем значения КПД насоса , передачи от электродвигателя к
насосу для насосов малой производительности
[2]. Тогда мощность двигателя на валу двигателя:
Мощность, потребляемая двигателем от сети, при
С учетом коэффициента запаса мощности устанавливаем двигатель мощностью
Устанавливаем центробежный насос марки К20/18 (табл.3.1[2]) со следующими
характеристиками:
производительность ;напор 18 м.
Насос снабжен электродвигателем 4А80B2 номинальной мощностью 2,2кВт; К.П.Д. двигателя 0,8;
частотой вращения вала 2900 об/мин.
7. Расчет
и подбор холодильника
для охлаждения газовой смеси
1. Рассчитываем среднюю разность температур [2]:
400°С 25°С
°С 18°С
2. Определяем необходимую поверхность теплообмена [2]:
поверхность теплообмена,
количество тепла, Вт
коэффициент теплопередачи, [3, таб.4.8]
-средняя разность температур,
- теплоемкость воздуха при средней температуре в холодильнике
212,5, [2, таб.27]
начальная и конечная температура газа,
- объем газовой смеси, кг/с
- расход газовой смеси;
Определяем расход воды для охлаждения:
где tв.н, tв.к - начальная и конечная температура охлаждающей воды,
св - теплоемкость охлаждающей воды,
Примем ориентировочное значение, что соответствует развитому
турбулентному движению.
μв=911,8 - коэффициент динамической вязкости воды при её средней
Т=24,50С[2, табл. 39]
Из табл. 2.3[1] выбираем 6-ходовой кожухотрубчатый холодильник
по ГОСТ 15120 - 79:
поверхность теплообмена 233 м2
длина труб 6 м
диаметр труб 202 мм
диаметр кожуха 800 мм
общее число труб 618
число ходов 6
3. Рассчитываем коэффициент теплопередачи К:
- теплопроводность воды при Т=24,50С [3, табл. 39]
с=4190
Т.к. Re>10000, то Критерий Нуссельта находим по формуле [1]
Принимаем
Межтрубное пространство:
-теплопроводность газа при средней Т= 212,5 0С
[3,таб.30]
- площадь сечения потока между перегородками, [1, таб. 2.3]
µг=0,026-3 Нс/м2 - коэффициент динамической вязкости воздуха при
температуре 212,50С.[3, номограмма]
Принимаем
Загрязнения:
для газа
для воды
Теплопроводность нержавеющей стали [3,таб.28]:
Тогда
Требуемая поверхность составит:
Из табл. 2.3[1] выбираем 6-ходовой кожухотрубчатый холодильник
по
ГОСТ 15120 - 79:
поверхность теплообмена 78 м2
длина труб 2 м
диаметр труб 202 мм
диаметр кожуха 800 мм
общее число труб 618
число ходов 6
При этом запас:
Проверяем соотношение:
(для жидкости ) и (для газа).
Находим температуру стенки со стороны воды по формуле [3]:
Где tж=24,50С
- средняя температура воды
tг=212,50C - средняя температура газа
q - удельная тепловая
нагрузка, Вт/м2;
При этой температуре:
Сравним с принятым значением:
Находим температуру стенки со стороны газовой смеси по формуле:
Где t1=212,50С
- средняя температура газовой смеси.
При этой температуре:
Сравним с принятым значением:
8. Расчёт и
подбор штуцеров
Присоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с
помощью вводных труб или штуцеров.
Принимаем штуцер для ввода поглотителя и штуцер для подачи газовой смеси
исходя из диаметра трубопровода D=0,056
м (рассчитан при подборе насоса).
По ОСТ 26-1404-76 [6] примем 2 штуцера со стальным приварным плоским
фланцем и тонкостенным патрубком:
условный диаметр штуцера
условное давление
наружный диаметр патрубка
толщина патрубка
общая высота штуцера
Используем прокладку из паронита или фторопласта. [6]
Штуцер для
газовой смеси:
-условный диаметр штуцера
условное давление
наружный диаметр патрубка
толщина патрубка
общая высота штуцера
Используем прокладку из паронита или фторопласта. [6]
Список литературы
1. Дытнерский И.А. "Основные процессы и аппараты химической
технологии. Пособие по проектированию".
2. Иоффе И.Л. "Проектирование процессов и аппаратов
химической технологии".
. Павлов К.Ф., Романков И.Г., Носков А.А.
"Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии".
4. Рамм В.М. "Абсорбция газов".
. Вильнер Я.М. "Справочное пособие по гидравлике,
гидромашинам и гидроприводам".
. Лащинский А.А. "Конструирование сварных химических
аппаратов".