Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс — выделение растворенного газа из раствора — носит название десорбции.
В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы —жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции).
Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.
Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты; очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Как правило, физическая абсорбция не сопровождается существенными тепловыми эффектами.
Основная сложность при проектировании абсорберов заключается в правильном выборе расчетных закономерностей для определения кинетических коэффициентов из большого числа различных, порой противоречивых, зависимостей, представленных в технической литературе. Расчеты по этим уравнениям, обычно справедливым для частных случаев, приводят зачастую к различающимся, а иногда к заведомо неверным результатам. Рекомендуемые здесь уравнения выбраны после тщательного анализа и сравнительных расчетов в широком интервале переменных, проверки адекватности расчетных данных опытом.
1. Теоретическая часть
Абсорбер является основным аппаратом установки, в которой осуществляют абсорбцию. В абсорбере (часто называется также скруббером) создают развитую поверхность соприкосновения газа и жидкости. Известно несколько типов абсорберов. [7].
Насадочный абсорбер представляет собой металлическую или керамическую колонну, внутри которой имеется несколько горизонтальных решёток 1 с расположенными на них слоями насадки 2 (кокс, металлические или керамические кольца, деревянные решётки, камни и др.), предназначенной для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью. Смесь газов поступает в нижнюю часть колонны по трубопроводу, а абсорбент, подаваемый по трубе 4, стекает вниз по насадке навстречу поднимающейся смеси газов. В результате противоточного контактирования газа и жидкости происходит наиболее полное растворение поглощаемых компонентов газовой смеси в абсорбенте. Непоглощённые компоненты газовой смеси удаляются из абсорбера по трубопроводу 5, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу 6. Конусы 7 между секциями насадки 2 направляют абсорбент, вытесняемый газом к стенке абсорбера, к центру для более равномерного орошения. [7].
Абсорбционные, адсорбционные и хемосорбционные методы очистки отходящих газов
... и химическую адсорбцию (хемосорбцию). 1. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 1.1 Основы процесса Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других ... физико-химическое явление. В качестве абсорбента в принципе может быть использована любая жидкость, в которой извлекаемая из газового потока примесь достаточно растворима. Но ...
Более сложен абсорбер представляющий собой колонну в которой вместо решёток и насадки установлены тарелки 1, снабженные патрубками 2, колпачками 3 с зубчатыми краями и переливными трубками 4. Абсорбент стекает с тарелки на тарелку по переливным трубкам, а смесь газов движется снизу вверх, барботируя через слойжидкости. При прохождении между зубьями колпачков газовый поток разбивается на множество мелких пузырьков, что обеспечивает большую поверхность соприкосновения газа и жидкости. [7].
колонна абсорбция промышленность
В ряде случаев вместо тарелок сколпачками устанавливаются тарелки, в которых просверлено большое число отверстий — ситчатые тарелки.
В процессах, где газ хорошо растворяется в абсорбенте, часто применяют абсорберы, в которых газ проходит над поверхностью жидкости или жидкость распыляется в газе на мелкие капли форсунками, вращающимися дисками или турбинками.
Абсорберы широко применяют в различных отраслях промышленности: в химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, нефтехимической, литейной, дерево- перерабатывающих и т.д. [7].
Описание технологической схемы процесса абсорбции
Газ на абсорбцию подается газодувкой в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или тарелки).
Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Газ после абсорбции, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7 после предварительного подогрева в теплообменнике-рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится в кубе 8, обогреваемом, как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 14, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.
2. Характеристика сырья, продуктов и материалов
Бензол — бесцветная, летучая, огнеопасная жидкость с неприятным запахом. Простейший ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Он легче воды (0,88 г/см3) и с ней не смешивается, но растворим в органических растворителях, и сам хорошо растворяет многие вещества. Бензол кипит при 80,1 С, при охлаждении легко застывает в белую кристаллическую массу. Бензол и его пары ядовиты. Систематическое вдыхание его паров вызывает анемию и лейкемию.
Для выбора абсорбента рассмотрим абсорбцию в диффузионной области улавливание бензола из парогазовой смеси. Абсорбция бензола поглотительным маслом (каменноугольным или соляровым) не сопровождается химическими реакциями. Система бензол—поглотительное масло относится к хорошо растворимым газам и скорость абсорбции бензола мало зависит от параметров жидкой фазы. Этот процесс можно интенсифицировать развитием поверхности контакта парогазовой смеси и поглотительного масла и турбулизацией газового потока. Кроме того, процесс следует вести при возможно более низкой температуре для понижения равновесной упругости паров бензола над его раствором в поглотительном масле.
Экстрактивная ректификация как способ разделения смеси бензол-циклогексан
... процесса разделения смеси бензол-циклогексан методом ЭР. 1.1 Сущность экстрактивной ректификации Экстрактивная ректификация (ЭР) - один из методов разделения азеотропных смесей и смесей компонентов с ... между тарелкой 2, на которую подается растворитель, и нижележащей глухой тарелкой 4 позволяет использовать для экстрактивной ректификации обычные с нормализованными тарелками ректификационные ...
Каменноугольные масла — это вязкие жидкости от светло-желтого до темно-коричневого цвета с характерным фенольным запахом. Из фракций смолы непосредственно выделяют следующие каменноугольные масла: антраценовое, поглотительные.
Поглотительное масло — это нефтяное масло, применяемое в качестве абсорбента для извлечения сырого бензола из газа; относится к группе технологических масел. Собственно поглотительное масло получают кислотно-щелочной очисткой поглотительной фракции и применяют главным образом для абсорбции из газовой смеси бензола и его гомологов.
В качестве абсорбента было выбрано каменноугольное поглотительное масло, потому что растворы бензола в поглотительных маслах довольно точно следуют закону Генри, а так как средний молекулярный вес каменноугольного масла равен 170, а солярового-250, то поглотительная способность каменноугольного масла примерно на 40 % выше, чем солярового.
В ходе расчета 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.
Для поглощения бензола из парогазовой смеси, выбираем насадочный абсорбер с насадкой кольца фарфоровые, керамические 2525 3 мм, потому что он обладает низким коэффициентом гидравлического сопротивления, большой удельной поверхностью, прост в изготовлении и имеет свободный объём насадки. Также существует возможность осуществления противотока в одной ступени, возможность работы в агрессивных средах. В насадочном абсорбере корпус нетрудно защитить от коррозионного воздействия среды (футеровкой), а насадка может быть изготовлена из стойкого материала (керамика).
Кольца Рашига (25 25 3 мм) — тонкостенные керамические кольца высотой, равной диаметру, уложенные правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга.
Насадка, уложенная таким образом, имеет ряд преимуществ перед засыпанной навалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако для улучшения смачивания насадок необходимы более сложные по конструкции оросители.
Для насадочного абсорбера и их фланцевых соединении выбираем высоколегированную сталь марки 12Х18Н10Т. Высоколегированные стали обладают рядом уникальных характеристик и свойств, благодаря чему сфера применения этих материалов столь широка. Готовой продукции характерны следующие эксплуатационные параметры: прочность, пластичность, деформационная и коррозионная стойкость. В сравнении с углеродистыми сталями легированные обладают большей пластичностью. Все легированные сплавы обладают пригодностью к сварке и свойствами свариваемости. Машиностроительные материалы также обладают немагнитностью, тепловой закаленностью, упругостью. Высокая прочность достигается путем термической обработки обрабатываемого состава.[8].
Объемные и скоростные счетчики количества и расхода жидкости, газа и пара
... мере отсутствует у объемных счетчиков, поэтому ими измеряют количество чистых промышленных жидкостей, нефтепродуктов и сжиженных газов, т. е. жидкостей с широким диапазоном изменения ... аксиальных и тангенциальных счетчиков является зависимость их показаний от вязкости измеряемой жидкости. При изменении вязкости изменяется коэффициент пропорциональности, поэтому скоростные счетчики применяются ...
Сталь 12Х18Н10Т — хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева, сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур и может быть применена в качестве жаропрочного материала при температурах ~600° С. Будучи высокопластичной в условиях глубокого холода, эта сталь используется в установках для получения жидкого кислорода.[8].
3. Технологические расчеты абсорбционной колонны
Материальный баланс
В качестве исходных данных задаются следующие величины:
Абсорбция газа из парогазовой смеси. Расход абсорбента L = 1.4 Lm
1. Объемный расход поступающей парогазовой смеси в колонну: Vсм=1200 м 3 /ч.
2. Начальная концентрация: у н = 4.5 %
3. Степень извлечения: б = 98 %
4. Начальное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля: x 0 = 0 %.
5. Равновесная концентрация Y*=0.2 X
6. Температура поступающей газовой смеси в колонну t = 20 ° С
7. Давление на входе в абсорбер Р = 0.1 Мпа
8. Абсорбент: каменноугольное поглотительное масло с молекулярной массой 170 кг/кмоль.
Массу переходящих из парогазовой смеси в поглотитель бензол М находят из уравнения материального баланса:
M = G ( — ) = L ( — ), (1)
где: L,G — расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;
- концентрации поглощаемого компонента в жидкости на верху и в низу абсорбера, кг бенз/кг вод;
- концентрации поглощаемого компонента в газе в низу и на верху абсорбера, кг бенз/кг возд.
Начальная концентрация бензола в парогазовой смеси:
Конечная концентрация бензола в парогазовой смеси :
, (3)
10 -3
Начальная концентрация бензола в абсорбере равна нулю (по условию).
Конечная концентрация будет равна :
= = 0.1267/0.2 = 0.6335
Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T 0 = 273K, P0 = 0.1 Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т = 293К, Р = 0.1 Па).
(4)
V см = = 0.357 м3 /c
Рассчитаем плотность воздуха при 293К :
= = 1.2 кг/ м 3
Расход инертной части газа :
(5)
G = 0.357 (1 — 0.045) 1.2 = 0.409 кг/c.
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
= 0.409 (0.1267 — 0.002534) = 0.0508 кг/c.
Расход теоретического (минимального) поглотителя равен:
Расчет ректификационной колонны
... секции насадки. высота десятиминутного запаса. высота юбки. Принимаем Тогда высота колонны: 5. Гидравлическое сопротивление насадки Гидравлическое сопротивление насадки находят по уравнению: Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки рассчитывают по уравнению: где ?? - коэффициент сопротивления сухой насадки, ...
, (6)
0.08 кг/c.
Расход поглотителя равен:
L = 1.4 Lm , (7)
L = 1.4 0.08 = 0.112 кг/c.
Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя равен:
l = L / G, (8)
В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. Принимая модель идеального вытеснения, движущую силу определяют по формуле :
, (9)
где и — большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг Б/кг В.
В данном задании
и ,
где и — концентрации бензола в парогазовой смеси, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него.
M = Lm () = 1.4 Lm () (10)
= () / 1.4 +
= 0.1267 — 0.096 = 0.0307
= 0.002534 — 0 = 0.00254
Тепловой баланс
Температура жидкости на выходе из абсорбера определяется по формуле:
, (11)
где Ф — интегральная теплота растворения, Ф=35322 Дж/кг;
- с — удельная теплоёмкость бензола, с=0.4·4200 Дж/кгК [2].
Конструктивный расчет насадочной абсорбционной колонны
В качестве насадки выбираем керамические кольца с размером 25х25х3 из табл. XVII. Удельная поверхность колец , свободный объём пор , масса насадки , эквивалентный диаметр насадки [2].
Скорость инверсии в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях затопления насадки и появления эмульгационного слоя определятся по уравнению:
, (12)
где W пр — предельная фиктивная скорость газа, м/с;
f — удельная поверхность насадок, м 2 /м3 ;
µ ж — вязкость воды = 0,875·10-3 Па·с;
с г — средняя плотность газа, .
С ж — плотность воды, .
Средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях определяется по формуле:
кг/м 3 , далее:
кг/м 3
Решаем уравнение, чтобы найти фиктивную скорость:
- Скорость газа, несколько меньше скорости, при которой наступает инверсия фаз: ;
Диаметр колонны абсорбера находим из формулы:
, (13)
Принимаем диаметр колонны из нормального ряда D к =600 мм.
Коэффициент массопередачи определяется по формуле:
, (14)
А) Для газовой фазы :
(15)
где Nu= — диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.
Отсюда (в м/с) равен:
= , (16)
где: Dy — коэффициент диффузии в газовой фазе, м2/с;
- критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;
- диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;
Коэффициент диффузии бензола в газе можно рассчитать по уравнению :
, (17)
Где: М бензола и воздуха — мольные массы соответственно бензола и воздуха (78 и 29 кг/моль);
v бенз , vвозд — мольные объемы бензола и воздуха, (96 и 29,9 см3/моль) соответственно.
=
= = = 0.0145
=
Модернизация колонны ректификации очистки бутадиена от метилацетилена ...
... состоит из двух ректификационных колонн №11/1 и №11/2 и десорбционной колонны №18/1 (2). ... методом экстрактивной ректификации с последующей его очисткой. Формулы: эмпирическая: С4Н6 структурная:СН2 = СН – СН ... в окружающую среду. Целью бакалаврской работы – повышение производительности блока очистки ... (сетчатых тарелок) колонны №78 на высокоэффективную регулярную тонколистовую насадку с вертикальными ...
Б) Для жидкой фазы :
, (18)
Где: = — диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.
Отсюда х (в м/с) равен:
, (19)
Где: Dх — коэффициент диффузии в жидкой фазе, м2/с;
- пр = — приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;
- модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;
- = — диффузионный критерий Прандтля для жидкости.
Коэффициент смачиваемости насадки y при орошении колонны водой можно определить из следующего эмпирического уравнения:
, (20)
где A = 1,02, b = 0,16, p = 0,4 для колец внавал.[2].
Площадь поперечного сечения вычисляем из уравнения:
S = = 1.884 м
В разбавленных растворах коэффициент диффузии Dх может быть достаточно точно вычислен по уравнению:
, (22)
Где : vбенз — мольный объем бензола, см3/моль;
- параметр, учитывающий ассоциацию молекул (=1).
=
== 0,00526
Выразим х в выбранной для расчета размерности:
х = х’ ж , (23)
Возьмем коэффициент распределения для смеси бензол — H2O равной m=1.08. Далее следует :
m’= m = 1.08 = 0.25
Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе :
Поверхность массопередачи в абсорбере находим по уравнению:
Высоту насадочного абсорбера определяем по уравнению:
F = H н , (24)
Где: H н — высота слоя насадки, S — площадь сечения колонны.
Высота единицы переноса:
h оу = , (25)
h оу = = 0.36 м
Высота перераспределительных разрывов насадки:
H р = (, (26)
H р = ( = 0.484 м
Общая высота абсорбционной колонны:
H к = Hн + Zв + Zн + Hр , (27)
Где Z в и Zн — соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м. Определяем общую высоту абсорбционной колонны:
H к = Hн + Zв + Zн + Hр = 3.98 + 0.6 + 1.5 + 0.484 = 6.5 м
Конструктивно по расчетным данным собираем насадочную абсорбционную колонну с общей площадью поверхности массопередачи приблизительно равной 1347 м 2 . Общая высота составит 6.5 метров, а диаметр абсорбера 0.6 метров. Высота единицы переноса 0.36 м. Высота перераспределительных разрывов насадки 0.484 м. Высота слоя насадки 4 метра. Высота сепарационного пространства над насадкой 0.6 м. Расстояние между днищем колонны и насадкой 1.5 м. Зная все данные, можно конструктивно определить количество слоев насадки. Так как общая высота составляет 6.5 метров и высота перераспределительных разрывов насадки 0.484 метров, следует выбрать три слоя насадки. 4 / 2 = 2 метра (каждый слой насадки).
Расстояние между насадками будет равно 0.484 метров.
Расчет гидравлических сопротивлений
Гидравлическое сопротивление насадочной колонны определяется по формуле:
, (28)
где — сопротивление орошаемой насадки, Па
Расчет стоимости ректификационной установки
... коэффициент заполнения емкости. Сырье на ректификационную установку приходит с температурой 20 О С. При данной температуре определяем плотность жидкости по формуле: ... 1шт. 2.4 Расчет аппарата К-4 Для ректификационной колонны необходимо выбрать режим работы колонны. Выбор режима работы колонны сводится к ... перекачивается жидкость, Па; Н г -- геометрическая высота подъема жидкости, м; ?h -- потери напора, ...
- потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне, Па.
Сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле:
(29)
где А — коэффициент, значение которого определяется по графику [2], в зависимости от отношения ;
- сопротивление сухой насадки на один метр высоты, определяется по формуле:
, (30)
При Re>40 коэффициент определяется по формуле:
2,625
Сопротивление сухой насадки:
Сопротивление орошаемой насадки до точки подвисания:
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне определяется по формуле:
, (31)
где — потеря потока на преодоление сопротивления входа и выхода в колонне;
- потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и выхода из насадки).
, (32)
где — коэффициент внезапного расширения;
- коэффициент внезапного сужения;
- скорость газового потока в подводящих и отводящих газопроводах, м/с.
Скорость газового потока принимаем равной w=10 м/с, тогда диаметр газопровода равен:
, (33)
Принимаем стандартный размер D г =200 мм
Определяем критерий Рейнольдса в газопроводе:
Отношение площадей сечений газопровода и колонны:
По справочным данным (табл. VIII) находим коэффициенты местных сопротивлений , . [2] Тогда потери давления на местных сопротивлениях колонны равны:
Потери на преодоление местных сопротивлений на входе и выходе из насадок рассчитывается по формуле:
- где — коэффициент внезапного сужения при входе в насадку;
- коэффициент внезапного сужения при выходе из насадки;
- фактическая скорость газового потока в насадке, м/с:
, (34)
Критерий Рейнольдса:
Определяем отношения площадей сечений:
, (35)
По справочным данным находим 0.16, . Тогда потери давления на преодоление местных сопротивлений составит:
Потери давления на местных сопротивлениях:
Общее гидравлическое сопротивление насадочной колонны равно:
Механический расчет абсорбционной колонны
Механический расчет состоит из проверки на прочность отдельных узлов и деталей и сводится к определению номинальных размеров (толщины стенок обечаек, фланцев, днищ и т.д.), которые должны обеспечить им необходимую долговечность.
Расчет толщины цилиндрических обечаек и толщины эллиптических днищ
Расчет толщины цилиндрических обечаек с учетом прибавок производится по формуле [6, с. 413]:
, (36)
где s / — номинальная толщина стенки, мм;
- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;
- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;
- технологическая прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм.
Так как номинальную толщину стенки определяем по формуле [6, с. 413]:
(37)
где — расчетное давление, МПа;
- внутренний диаметр абсорбера, мм;
- допускаемое напряжение, МПа;
- коэффициент прочности сварного шва.
Коэффициент прочности сварного шва = 1,0 при контроле шва на длине 100% и =0,9 при 50% -ном контроле длины шва.
Расчет аэродинамических коэффициентов крылатой ракеты типа Tомагавк
... коэффициентов: аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления, подъем боковой силы; аэродинамические коэффициенты ... курсовом проекте для дальнейших исследований в качестве прототипа ЛА будет рассмотрена крылатая ракета типа «Tомагавк». [1] 1.2 Крылатая ракета ... и натуральные испытания. Работы по созданию современных ... устройств). Результаты такого расчета используются при траекторных вычислениях, ...
Исполнительную толщину стенки выбирают из стандартного ряда толщин труб или листового проката. Фактическая толщина должна быть больше расчетной величины и обеспечивать также необходимую жесткость обечайки.
Минимальная толщина цилиндрических обечаек без прибавки на коррозию и эрозию зависит от их диаметра:
(для стали 12Х18Н10Т при 20 0 С) [6, с. 394]
(при контроле шва на длине 100%)
Номинальная расчетная толщина стенки s / меньше минимальной толщины (таблица 2), поэтому номинальную толщину принимаем равной 3мм, с учетом прибавок на коррозию и эрозию толщину стенки принимаем равной s=6мм.
Допускаемое давление в обечайке определим по формуле:
, (38)
где — допускаемое напряжение, МПа;
- толщина цилиндрический обечайки, мм;
- внутренний диаметр абсорбера, мм;
- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;
Необходимую толщину эллиптических днищ вычисляют по уравнению:
(39)
где — расчетное давление, МПа;
- допускаемое напряжение, МПа;
- коэффициент прочности сварного шва;
- максимальный радиус кривизны днища, мм.
- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;
- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;
- технологическая прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм.
Максимальный радиус кривизны днища определяется по формуле:
, (40)
где — внутренний диаметр абсорбера, мм;
- H — высота днища, мм.
[6, c. 440]
Толщину эллиптического днища принимаем равной 6мм, исходя из условий соответствующих толщине обечайки.
Расчет фланцевых соединений, проверка на прочность и герметичность:
Для внутреннего давления Р р =0,1 МПа применяем фланец плоский приварной встык (0,1-1,6 Мпа).
Принимаем толщину втулки 7мм, что удовлетворяет условию:
мм
и
мм
Толщина втулки определяем по формуле:
м
где =2, при [1, рис. 1.39].
Высота втулки
м
Эквивалентная толщина втулки фланца:
, (41)
мм
Диаметр болтовой окружности:
, (42)
= 0,6 + 2(0,014 + 0,02 + 0,006) = 0,660 м
где м, м при Р=0,1МПа и D=0,6м [1, см табл. 1.40]
Наружный диаметр фланца:
, (43)
= 0,660 + 0,040 = 0,700 м
а= 40мм — для шестигранных гаек [1, см табл. 1.41]
Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия
, (44)
= 0,660 — 0,030 = 0,630 м
где е =30м — для плоских прокладок при м [1, см табл. 1.41]
Средний диаметр прокладки:
, (45)
= 0,630 — 0,012 = 0,618 м
где b =12м — ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра D=0,6м
Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:
, (46)
где t ш — рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления.
t ш = 2,2 dб = 2,220 = 44 мм
Высота ( толщина ) фланца ориентировочно:
Расчет металлической конструкции фермы
... материала (С235) R y =230 Мпа. Коэффициент условий работы: g с =1.1. Найдем суммарное усилие от всех возможных ... см2 = 1,91·106 кН = 0,12·106 кН·м2 Расчет двухступенчатой колонны Исходные данные Высота нижней части колонны: h н ... Определение жесткостных характеристик рамы Жесткостные характеристики сквозного ригеля (фермы). Жесткостные характеристики определяются по приближенным формулам: E·I f ...
, (47)
где л ф = 0,517 — коэффициент, принимаемый по номограмме. [1, рис. 1.40]
Принимаем h ф = 0,05 м
Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной типа «шип-паз»
, (48)
м
где =2мм — высота стандартной прокладки
Равнодействующая от сил внутреннего давления (МН):
, (49)
МН
Реакция прокладки:
, (50)
= МН;
- =1 — для паронита [1, см табл. 1.44]
- эффективная ширина прокладки, м
Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций
, (51)
где б ф , бб — соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов ; [1, табл. XI]
t ф , tб — соответственно температуры фланца, болтов,
y б , yп , yф — податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, определяемые по формулам:
, (52)
где E б — модуль упругости материала болтов =1,9105 [1, табл. VII]
f б — расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы; fб = 14,410-4 мІ — для болтов с диаметром 2мм .
l б — расчётная длина болта.
м
Податливость прокладки:
, (53)
где МПа — для прокладки из паронита. Податливость фланцев:
, (54)
где Е — модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;
v, л ф — безразмерные параметры.
, (55)
, (56)
МН
Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:
, (57)
Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:
, (58)
где: F — внешняя осевая растягивающая ( + ) или сжимающая ( — ) сила
МН
Болтовая нагрузка в рабочих условиях:
, (59)
МН
Приведённый изгибающий момент:
, (60)
=160МПа, =141 МПа — допускаемые напряжения при температуре 20°С и 30 °С.
МНм
Проверяем условия прочности болтов:
, (61)
, (62)
Т ф — безразмерный параметр, находим по формуле:
, (63)
Максимальное напряжение в сечении размером
МПа
где =1,7 при в=2 и [1, рис. 1.42].
Окружное усилие в конце фланца:
, (64)
МПа:
Напряжение во втулке от внутреннего давления:
Тангенциальное
Мпа
Меридиональное
МПа
Проверяем условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S 1 :
, (65)
- напряжение в сечении
, (66)
= 1,86·0,564·0,1647/[0,6(0,014-0,0006) 2 ] = 64МПа
МПа
условие прочности выдержано.
Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S 0 :
, (67)
условие прочности выдержано.
где [у] 0 — допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений. . [у]0 = 400 МПа.
Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота фланца:
, (68)
где — допустимый угол поворота кольца условие герметичности выдержано.
4. Основные неполадки оборудования и методы их устранения
К аппаратам, работающим с взрывоопасными веществами, предъявляют жёсткие требования: обеспечение герметичности, высокие антикоррозионные свойства и так далее. С этой целью стоит строго соблюдать и контролировать технологический режим, соблюдать основные параметры (температура процесса, давление в аппарате).
Для обеспечения безопасности все аппараты снабжены автоблокировками, различными предохранительными устройствами.
Основные неполадки при работе абсорбционных колонн—это пропуск в местах пайки, что проявляется промерзанием в этом месте изоляции аппарата и появлением на кожухе снеговых пятен. Обнаруженные неплотности исправляют пайкой мягким припоем марки ПОС-40 при очередном ремонте аппарата. Нарушение герметичности в месте крепления тарелки к обечайке может привести к ухудшению процесса абсорбции, выражающемуся обычно в снижении чистоты отходящего газа. Это становится особенно заметным, когда по каким-либо причинам насадки выходят из пазов, оседают или перекашиваются. В таком случае необходимо демонтировать аппарат, распаять колонну, вновь установить насадки и тщательно пропаять их по всей окружности.[4]
Ещё одна неполадка — это когда давление верха абсорбционной колонны повышается до значения выше нормы. Причинами могут быть выход из строя регулятора давления абсорбционной колонны. В этом случае следует перейти в байпас регулятора и устранить неисправность. [5]
В технологическом процессе может повышаться температура, если неисправен регулятор температуры. В этом случае немедленно нужно остановить подачу газов и абсорбента и исправить неисправность. [5]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За последние годы актуальность данной темы значительно выросла в области химической отрасли, так как процесс абсорбции в химической промышленности может выступать в качестве очистного оборудования для удаления примесей в газовых смесях, исключая большие потери ценного материала.
Процесс абсорбции в настоящее время очень актуальная тема для химической промышленности, так как сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер — десорбер — абсорбер.
В ходе курсовой работы был рассчитан абсорбционная колонна насадочного типа. Были подобраны различные размеры (диаметр, высоты и т.д.) для конструктивного сбора колонны. Так же был проведен гидравлический расчет колонны и полный механический расчет (обечайки, днищ, фланцевых соединений и т.д.).
Высота насадочной абсорбционной колонны составила 6.5 метров, когда диаметра 0.6 метров. Конструктивно был выбран два слоя насадки и керамический тип насадки (кольца Рашига 25х25х3).
Целью курсовой работы являлось изучение процесса абсорбции, технологической схемы процесса и подробный расчет абсорбционной колонны, а так же расчет на гидравлические сопротивления и механический расчет. Таким образом, поставленная цель работы полностью выполнена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/absorbtsionnaya-kolonna/
1. Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Ленинград «Машиностроение» 1984г.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 7-е, перераб. Изд-во «Химия», 1970.
3. «Расчет тарельчатых абсорбционных колонн» под ред. В А. Иванова, Москва, 1985. ;
4. Глизманенко. Получение кислорода абсорбцией, изд. Москва, 1988.
5. Пеликс А.А., Аранович Б.С., Петров Е.А. Химия и технология сероуглерода, 1987.
6. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. — Л.: Машиностроение, 1970.
7. В.М. Рамм. «Абсорбция газов».М., «Химия», 1976г.
8. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
