Расчет процесса абсорбции диоксида углерода раствором "Карсол" в агрегате получения аммиака

Па

2.6.2 Расчет вспомогательного оборудования

Расчет теплообменника.

Определим расход теплоты и расход воды.

Предварительно найдем среднюю температуру воды:

оС

Средняя разность температур.

К.

Средняя температура :

t1 = 42,5 + 103 = 145,5

Найдем расход теплоты с учетом потерь 5%

, (59)

где с1 - удельная теплоемкость аммиачно-воздушной смеси при Т = 103 К, Дж/(кгК).

Вт

Расход воды:

, (60)

кг/с

Объемный расход:

V2 = 0,028 м3/с.

Воду направим в межтрубное пространство, а газ в трубное.

Определим ориентировочное значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор = 100 Вт/(м2/К)

, (79)

 м2.

Выбираем по ГОСТу 14245 - 79 кожухотрубчатый теплообменник с U образными трубами диаметром кожуха 1400 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 9 м, число труб 1083 шт., поверхность теплообмена 1160м2 [11].

Скорость и критерий Рейнольдса для воды:

, (61)

где S - проходное сечение м2.

м/с.

, (81)

Скорость и критерий Рейнольдса для газа:

, (82)

м/с

, (62)



Для расчета процесса теплопередачи необходимо знать температуры tст1 и tст2. Зададимся значениями tст1 и tст2, исходя из того, что t1 > tст1 > tст2 > t2, примем tст1 = 36оС tст2 = 20оС (с последующей проверкой).

Коэффициент теплоотдачи для газа (Re1 = 40224,54).

Газ движется в трубном пространстве Re > 10000, поэтому критерий Нуссельта определим по формуле:

, (63)

где С - коэффициент, зависящий от атомности газа;

l - коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле:

, (64)

где - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК).

Вт (м2К).

Коэффициент теплопроводности для воды (Re2 = 5290).

При Re > 1000 критерий Нуссельта находим по формуле:

, (65)

где - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки;

Pr, Prст - критерий Прандтля для жидкости и стенки соответственно.

Критерий Прандтля для воды определим по формуле:

, (66)

Критерий Прандтля для стенки определим по номограмме Prст = 7.

Коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

, (67)

где г, х - коэффициенты теплоотдачи горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м2К); [11]

rст - сумма термических сопротивлений слоев, из которых состоит стенка, (м2К)/Вт.

Вт/(м2К)

Поверхностная плотность теплового потока:

Вт/м2, (68)

Уточняем значения t ст1,tст2.

t ст1 = t1- t1 = t1- q/1 = 145,5 - 12051/134 = 55,6 оС.

t ст2 = t2- t2 = t2- q/2 = 42,5-12051/952 = 29,8 оС.

Имеем несущественное расхождение между рассчитанными значениями t ст1 и tст2.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

, (69)

м2.

С учетом рассчитанной поверхности теплообмена возьмем теплообменник с поверхностью теплообмена 961 м2, и трубами длинной 9 м. Проверочный расчет проводить не надо, так как сечение межтрубного пространства останется таким же.

Запас составит:

Итак, окончательно имеем: кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ - 15118-79) с U - образными трубами диаметром 1200 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 9 м, число труб 1083 шт., поверхность теплообмена 961 м2 [11].

Расчёт насоса

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 по формуле:

, (70)

V= м/с;

м/с.

Выбираем трубопровод по ГОСТу 572,5 мм - ВСт.3, с незначительной коррозией. [11]

Расчет потерь на трение и местные сопротивления.

Режим течения определяется по формуле:

, (71)

= 1174кг/м3;

= 0,7371 мПа•с;

Re > 2320 режим турбулентный.

Средне значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2мм.

Относительная шероховатость dэ/е = 50/0,2 = 250 . По графику находим значение коэффициента трения = 0,0284 [52].

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии:

?овс=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:

, (72)

Па

Потери напора на всасывающей линии рассчитываются по формуле:

, (73)

м.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:

?он=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 формулой (93):

Па

Потери напора на нагнетающей линии рассчитываются по формуле :

м

Общие потери напора определяются по формуле:

Нп = Нвс + Нн , (74)

Нп = 0,62 + 2,14 = 2,76 м

Расчет полного напора, развиваемого насосом.

Рассчитывается по формуле:

, (75)

где Н - полный напор, развиваемый насосом, м;

ра - атмосферное давление, Па;

рабс=ра+р2- абсолютное давление, Па (р2-избыточное давление, Па);

Нг - геометрическая высота подачи воды, м;

Нп - общая потеря напора, м.

м

Расчет мощности, потребляемой двигателем.

Полезная мощность рассчитывается по формуле:

Nп = VgH, (76)

Nп = 0,42·1174·9,81·46,1 = 223кВт.

Для центробежного насоса средней производительности примем =пдн = 0,7. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса, определяется по формуле:

Nдв = Nп/, (77)

Nдв = 223/0,6 = 318 кВт

Выбор насоса по ГОСТу.

Устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный многоступенчатый секционный насос марки ЦНС 180•600 , характеристики которого приведены в таблице 15 [11].

Таблица 15 - Характеристики насоса и электродвигателя

Марка насоса	Q, м3/с	Н, м столба жидкости	n, с-1	н	Nн , кВт
ЦНС 180•500	5,0•10-2	500	50	0,72	350

Определение предельной высоты всасывания.

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

Нкав = 0,3·(Qn2)2/3 , (78)

где n-частота вращения вала, с-1.

Нкав = 0,3·(0,05 ·502)2/3 = 7,5 м

Предельная высота всасывания определяется по формуле:

Нвс А - ht - Нвс - Нкав, (79)

где А - атмосферное давление, ht - давление насыщенного пара при соответствующей температуре [11].

ht = 0,6 мм. вод. ст.

Нвс 10,3- 0,6- 0,62 - 1,3 = 7,78 м

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были достигнуты поставленные цели: проведен расчет процесса абсорбции диоксида углерода раствором “Карсол” в агрегате получения аммиака.

В ходе курсового проекта проведен анализ литературных источников, рассмотрены физико-химические основы процесса абсорбции СO2, выбрана технологическая схема. Проведен расчет процесса абсорбции диоксида углерода раствором “Карсол” в агрегате получения аммиака.

Выполнен расчет материального и теплового балансов. Рассчитаны состав газа на выходе из аппарата, его масса и объем, найдена температура газа на выходе из абсорбера.

Выполнен расчет основного и дополнительного оборудования:

- Насадочный абсорбер диаметром 3,4 м и высотой 47,2м. В качестве насадки используются керамические кольца Пааля размером 50х50х5 мм.

- Центробежный многоступенчатый секционный насос марки ЦНС 180•600.

- Кожухотрубчатый теплообменник с U - образными трубами диаметром 1200 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 9 м, число труб 1083 шт., поверхность теплообмена 961 м2

Список литературы

1. Производство аммиака / Под ред. В.П. Семенова. - М.: Химия, 1985. - 368 с.

2. Справочник азотчика. Кн. 1. - М.: Химия, 1985. - 404 с.

3. Очистка технологических газов / Под ред. Т.А. Семеновой, И.Л. Лейтеса. - М.: Химия, 1977. - 487 с.

4. Материалы семинара по очистке газов от H2S и СО2 абсорбентами на основе метилэтаноламина / Современные методы очистки газов от сероводорода и диоксида углерода // Химическая промышленность. - 2002. - №5. - С 7-16.

5. Н.И. Елисеева., В.С. Войтик., В.С. Тихонов. Новая антипенная добавка к щелочным абсорбционным растворам для стадии очистки конвертированного газа от СО2 // Химическая промышленность. - 1999. - №10.- С 28-29.

6. Малина И.К. Развитие исследований в области синтеза аммиака. - М., Химия, 1993.- 190 с.

7. Андреев Ф.А., Карган С.И., Козлов Л.И., Приставко В.Ф. Технология связанного азота. - М., 2008. - 384 с.

8. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. - М., Высшая школа, 2000. - 520 с.

9. Патент РФ 2252063, МПК 7 B01D53/14. Способы очистки газовых смесей от диоксида углерода (варианты) и устройство для очистки газовых смесей от диоксида углерода (варианты)/ Бадалян Г.П. Гридин И.Д. Гридин Р.И. Еремин В.И.; заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество Научно-производственная компания "Интергаз". - 2004119376/15; заявл. 28.06.2004; опубл. 28.06.2004. - 14с.

10. Синтез аммиака / Под ред. Л.Д. Кузнецова. - М. : Химия, 1982. - 296 с.

11. Дытнерский Ю.И, Борисов Г.С, Брыков В.П. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 2008.-496с.

12. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 576с.

13. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов, 1983.- М.: Химия. - 224с.

Размещено на Allbest.ru