Насадочная абсорбционная колонна

Вт/(м²К)

Поверхностная плотность теплового потока:

, (57)

Вт

Уточняем значения t_ст1,t_ст2:

, (58)

єС

, (59)

єС

Дальнейшее уточнение не требуется.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

, (60)

=1655м²

С учетом рассчитанной поверхности теплообмена выбираем теплообменник с поверхностью теплообмена 1800 м². Проверочный расчет проводить не надо, так как сечение межтрубного пространства останется таким же.

Запас составит:

Итак, окончательно имеем: кожухотрубчатый холодильник диаметром 2200 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 6 м, число труб 3876 шт., поверхность теплообмена 1800 м².

8.2 Расчет насосов

8.2.1 Расчёт насоса для подачи абсорбента

Примем скорость аммиачной воды во всасывающей и нагнетательной линии одинаковой и равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопроводов нагнетательной и всасывающей линии будет одинаковым и рассчитываться по формуле:

м

Выбираем трубопровод по ГОСТу 1006 мм - ВСт.3.

Расчет потерь на трение и местные сопротивления:

Режим течения аммиачной воды:

Re> 2320 режим турбулентный.

Средне значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2мм 6].Относительная шероховатость d_э/е = 50/0,2 = 250. По графику 1.5 6 находим значение коэффициента трения = 0,0284.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии:

?о_вс=о₁+о₂=0,5+0,82=1,32

где о₁=0,5 -вход в трубу (с острыми краями);о₂= 0,82 -прямоточный вентиль.

Тогда потери на трение и местные сопротивления определяется формулой: (61)

Па

Потери напора на всасывающей линии рассчитываются по формуле:

(62)

м

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:

?о_н=о₁+о₂+о₃=1,0+0,82+0,15=1,97

где о ₁= 1,0 - выход из трубы; о₂ = 0,82 - прямоточный вентиль; о₃ = 0,15 - отвод под углом 90⁰ (R₀/d=2).

Потери на трение и местные сопротивления на нагнетательной линии определяется:

Па

Потери напора на нагнетающей линии:

м

Общие потери напора определяются по формуле:

(63)

м

Расчет полного напора, развиваемого насосом:

, (64)

где Н - полный напор, развиваемый насосом, м;р_а- атмосферное давление, Па;р_абс=р_а+р₂- абсолютное давление, Па (р₂-избыточное давление, Па);Н_г- геометрическая высота подачи воды, м;Н_п- общая потеря напора, м.

м

Расчет мощности, потребляемой двигателем:

Полезная мощность рассчитывается по формуле:

,(65)

Вт=2,3 кВт

Для центробежного насоса средней производительности примем =_пдн = 0,6. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса, определяется по формуле:

, (66)

кВт

Выбор насоса по ГОСТу:

По табл. 2.5 6 устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х8/30,характеристики которого приведены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики насоса и электродвигателя

Марка насоса	Q, м3/с	Н, м столба жидкости	n, об/мин	н	Электродвигатель
					Тип	Nн, кВт	д
Х8/30	2,4•10-3	24	48,3	0,5	АО2-32-2	4	-

Определение предельной высоты всасывания:

Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации, рассчитывают по формуле:

, (67)

где n-частота вращения вала, об/с.

м

Предельная высота всасывания определяется по формуле:

, (68)

где А - атмосферное давление, h_t - давление насыщенного пара при соответствующей температуре.

h_t = 0,6 мм. вод.ст.

Н_вс10,3- 0,60 - 0,42 - 2,9 = 6,38 м

Насос взят с большим запасом, поэтому насос, подающий аммиачную воду из емкости на дальнейшую переработку, можно взять таким же, так как производительность у них одинакова, а запаса мощности хватит.

8.2.2 Расчёт насоса для подачи оборотной воды в холодильник газа

Расчет диаметра трубопровода:

Примем скорость во всасывающей и нагнетательной линии одинаковой и равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопроводов нагнетательной и всасывающей линии будет одинаковым и рассчитываться:

м

Выбираем трубопровод по ГОСТу 1006 мм - ВСт.3.

Расчет потерь на трение и местные сопротивления:

Режим течения аммиачной воды определяется:

Re> 2320 режим турбулентный.

Средне значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2мм6. Относительная шероховатость d_э/е = 70/0,2 = 250. По графику 1.5 находим значение коэффициента трения = 0,027.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии:

?о_вс=о₁ =0,5,

где о₁=0,5 -вход в трубу (с острыми краями).

Тогда потери на трение и местные сопротивления:

Па

Потери напора на всасывающей линии:

м

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:

?о_н=о₁+о₂ =1,0 + 0,15=1,15

где о ₁= 1,0 - выход из трубы; о₂ = 0,15 - отвод под углом 90⁰(R₀/d=2).

Потери на трение и местные сопротивления на нагнетательной линии:

Па

Потери напора на нагнетающей линии:

м

Общие потери напора:

Н_п = 0,28+ 1,99 = 2,16м

Расчет полного напора, развиваемого насосом:

м

Расчет мощности, потребляемой двигателем:

Полезная мощность:

Вт=1,6 кВт

Мощность, потребляемая двигателем насоса:

кВт

Выбор насоса по ГОСТу:

По табл. 2.5 6 устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х8/18,характеристики которого приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Характеристики насоса и электродвигателя

Марка насоса	Q, м3/с	Н, м столба жидкости	n, об/мин	н	Электродвигатель
					Тип	Nн, кВт	д
Х8/18	2,4•10-3	11,3	48,3	0,6	АО2-31-2	3	0,82

Определение предельной высоты всасывания:

м

Предельная высота всасывания определяется по формуле:

Н_вс10,3- 0,60 - 0,42 - 3,30 = 5,56м

8.3 Расчет газодувки

Мощность N (в кВт), расходуемая газодувкой определяем по формуле:

, (69)

где Q - подача газодувки, м³/с; р - повышение давления, создаваемое газодувкой, Па; - общий к.п.д. установки.

Повышение давления, создаваемое газодувкой состоит из гидравлического сопротивления абсорбера и трубопровода.

Гидравлическое сопротивление абсорбера было рассчитано ранее с учетом коэффициента для газодувки.

Гидравлическое сопротивление трубопровода:

Определим диаметр трубопровода по формуле (14) скорость газа в нагнетательном и всасывающем трубопроводе примем одинаковой и равной 15 м/с.

 м

Выбираем трубопровод по ГОСТу 100012 мм - ВСт.3.

Расчет потерь на трение и местные сопротивления:

Режим течения газовой смеси определяется:

=941080

Re> 2320 режим турбулентный.

Средне значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2 мм. Относительная шероховатость d_э/е = 500/0,2 = 2500. Тогда значение коэффициента трения = 0,0165.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии и нагнетательной линии:

_вс = ₁+ ₂ + ₃ =0,5 + 1 + 0,2 =1,7

где ₁ = 0,5 - вход в трубу; ₂ = 1 - выход из трубы; ₃=0,2 - прямоточный вентиль.

Потери напора на всасывающей и нагнетательной линии рассчитываем по формуле:

, (70)

Па

Повышение давления, создаваемое газодувкой:

Па

Мощность вентилятора определяем по формуле:

кВт

По ГОСТу устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать газодувку марки1Г32-80-6В, характеристики которой приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Характеристики газодувки

Обозначение изделия	Максимальная разность давления, кПа, режим	Производительность, м3/мин	Мощность эл. двигателяля, кВт	Частота вращения, об/мин	Масса изделия, кг	Габаритные размеры, мм
	Напорный	Вакуум
1Г32-80-6В	80	45	11,4	30	1500	1140	1995* 723*912

8.4 Расчёт ёмкостей

В технологической схеме присутствуют две емкости для сбора абсорбента и аммиачной воды.

Номинальный объем ёмкости рассчитываем по формуле:

, (71)

где Q - расход жидкости, м³ с; = 12 часов - время заполнения; = 0,9 - коэффициент заполнения.

Ёмкость для абсорбента:

м³

Ёмкость для сбора аммиачной воды:

Так объёмный расход не изменится, то объём ёмкости для сбора аммиачной воды будет равен объёму ёмкости для абсорбента, т.е. равна 141м³.

По ГОСТу выбираем ёмкости исполнения ГЭЭ-2 с номинальным объёмом, равным 160 м³.

9. Выбор точек контроля

Приборы, устанавливаемые на щите:

1. FRK:

· Измеряемый параметр: расход (F) и время (К)

· Функция (отображение информации): регистрация (R)

2. FC:

· Измеряемый параметр: расход (F)

· Функция (формирование выходного сигнала): регулирование, управление (С)

На трубопроводе подачи газа в колонну и трубопроводе подачи абсорбентаустановлен механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.

3. TC:

· Измеряемый параметр: температура (Т)

· Функция (формирование выходного сигнала): регулирование, управление (С)

4. QIR:

· Измеряемый параметр: качество (Q) (состав, концентрация)

· Функция (отображение информации): показание (I) и регистрация (R)

На трубопроводе подачи газа в колоннуустановлен механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.

5. LIR:

· Измеряемый параметр: уровень (L)

· Функция (отображение информации): показание (I) и регистрация(R)

6. PIR:

· Измеряемый параметр: давление (Р)

· Функция (отображение информации): показание (I) регистрация (R)

7. TRK:

· Измеряемый параметр: температура (Т) и время (К)

· Функция (формирование выходного сигнала): регистрация (R)

8. FIR:

· Измеряемый параметр: расход (F)

· Функция (формирование выходного сигнала): показание (I) регистрация (R)

9. LC:

· Измеряемый параметр: уровень (L)

· Функция (формирование выходного сигнала): регулирование, управление (С)

На трубопроводе выхода аммиачной воды и трубопроводе выхода отработанного газа из абсорбера установлен механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.

Местные приборы:

1. FТ:

· Измеряемый параметр: расход (F) и температура (Т)

2. FЕ:

· Измеряемый параметр: расход (F) и напряжение (Е)

3. QТ:

· Измеряемый параметр: качество (Q) (состав, концентрация) и температура (Т)

4. QE:

· Измеряемый параметр: качество (Q) (состав, концентрация) и напряжение (Е)

5. LТ:

· Измеряемый параметр: уровень (L) и температура (Т)

6. LE:

· Измеряемый параметр: уровень (L) и напряжение (Е)

7. ТТ:

· Измеряемый параметр: температура (Т)

8. TЕ:

· Измеряемый параметр: температура (Т) и напряжение (Е)

9. РТ:

· Измеряемый параметр: давление (Р) и температура (Т)

10. РЕ:

· Измеряемый параметр: давление (Р) и напряжение (Е)

Выводы и предложения

1. На основании литературного обзора была выбрана абсорбционная колонна насадочного типа, т.к. такие аппараты по сравнению с другими типами абсорберов менее громоздки, имеют простую конструкцию, могут использоваться при работе с агрессивными средами, имеют низкое гидравлическое сопротивление.

2. В ходе работы провели сравнение трех различных насадок: керамические кольца Рашига внавал, керамические кольца Рашига внавал и керамические седла «Инталокс» 50 в навал.

3. Расчет показал, что оптимальной насадкой является седлообразная насадка «Инталокс», так как за счет её использования удается снизить гидравлическое сопротивление абсорбера (приблизительно в 4 раза по сравнению с абсорбером заполненным насадкой кольца Рашига внавал), что значительно снижает расходы на электроэнергию. В качестве материала насадки выбрана керамика т.к. в результате абсорбции аммиака водой образуется щелочной раствор являющийся коррозионно-активным.

4. В результате технологического расчета основного аппарата были получены следующие значения:

диаметр абсорбера 3000мм;

высота слоя насадки 8,7м;

высота колонны 16,2м;

гидравлическое сопротивление 2102Па

5. Был проведен расчет аппарата на прочность, а так же расчет и выбор следующего вспомогательного оборудования: кожухотрубчатый холодильник газа диаметром 2200мм с поверхностью теплообмена 1800м²; насос подачи абсорбента марки Х8/30; насос подачи аммиачной воды марки Х8/30; насос подачи оборотной воды в холодильник газа марки Х8/18; газодувка для подачи аммиачно-воздушной смеси марки 1Г32-80-6В; ёмкость для сбора абсорбента и ёмкость для сбора аммиачной воды исполнения ГЭЭ-2.

Таким образом, поставленная в курсовом проекте цель выполнена.

Список литературы

1. Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, переработ. И доп. М., «Химия», 1976.

2. А. Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 15-е изд., стереотипное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. - М.: ООО «ИД Альянс», 2009 - 753 с.

3. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химической технологии. Ч. I - С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. - 848 с., ил.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.-496с.

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

6. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - 12-е изд., стереотипное. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 576 с.

7. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1981. - 382 с.

8. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. М. - Л.: Наука. 1966. 640 + 786 с.

9. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

10. Александров А.И. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Изд. 3-е. М.: Химия, 1978. 280с.

11. Абсорбция [электронный ресурс]/ URL: www.main.isuct.ru/ (дата обращения 17.03.2011)

12. Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М„ «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.

13. Каталог «Емкостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.

14. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету процессы и аппараты химической промышленности. - М.:Высшая школа, 1980.-223с.

15. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико - технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Изд.2-е. Т. 3. - Калуга: изд-во Бочкарёвой, 2002.-852+1028+968с.

Размещено на Allbest.ru