Абсорбционная установка

Примем минимальное значение коэффициента теплопередачи 800. При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит

.

Выбор теплообменника

Для теплоносителей, которые движутся по трубам и не меняют своего агрегатного состояния, необходимо принять такое количество труб в одном ходе теплообменника nx, чтобы обеспечивалось их турбулентное движение. Примем число Рейнольдса для теплоносителя в трубах Re (15 000

Тогда турбулентное движение будет обеспечиваться при

где n — общее число труб теплообменника; z — количество ходов трубного пространства; d — внутренний диаметр труб теплообменника, м; (- вязкость теплоносителя в трубах при средней температуре, Па (с. Обычно d для теплообменников 0,016 и 0,021 м.

В трубное пространство с меньшим проходным сечением целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, то есть горячий раствор. Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответствующие коэффициенты теплоотдачи, увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи. Кроме того, можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника.

Вязкость воды при средней температуре (=0,902(10−3 Па (с.

В соответствии с определенной поверхностью теплообмена и количеством труб теплообменника для использования в процессе теплообмена принимается теплообменник по ГОСТ 15 118–79, ГОСТ 15 120–79 и ГОСТ 15 122–79 с /3/:

Диаметр кожуха, мм 1000

Диаметр труб, мм 20(2 Общим числом труб, шт. 666 Числом ходов 4 Длиной труб, м 4 Поверхность теплообмена, м2 209

Уточнение (tср Уточнение (tср проводят только в том случае, когда выбран многоходовой теплообменник.

Уточненное значение (tср рассчитывают по уравнению

где (t — поправочный коэффициент, (tср.л. — средняя разность температур, рассчитанная для противотока теплоносителей.

Величина (t зависит от схемы движения теплоносителей и рассчитывается по методике (7). Значение (t берется из специальных графиков. Для определения (t необходимо определить

Величина (t равна 0,7 (4).

Уточненное значение (tср

.

Определение коэффициента теплоотдачи для поглотителя

Принимаем температуру стенки со стороны горячего теплоносителя равной 20,8 C.

Температурный напор со стороны поглотителя составляет /8/:

где температурный напор со стороны поглотителя, (C; температура стенки со стороны поглотителя, (C.

Перед выбором уравнения для расчета критерия Нуссельта необходимо определить режим течения теплоносителя. Для определения режима течения теплоносителя служит критерий Рейнольдса:

где G -расход поглотителя, кг/с; d эквивалентный диаметр, м; (динамический коэффициент вязкости, Па (с.

При турбулентном движении теплоносителя в межтрубном пространстве уравнение для определения числа Нуссельта для поглотителя

при t =24.5 ºC

при t =20,8 ºC

Критерий Нуссельта равен

Следовательно, коэффициент теплоотдачи для поглотителя

Относительная тепловая нагрузка определяется из выражения

Для паровоздушной смеси Определение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды

Температура поверхности стенки со стороны второго теплоносителя (охлаждающей воды) определяется по уравнению :

где (rст — суммарное термическое сопротивление стенки и ее загрязнений, ;

Расчет суммарного термического сопротивления стенки производится по формуле (7):

где (ст — толщина стенки, равная 0,002 м; (ст — коэффициент теплопроводности материала стенки (стали), 17,5; r1 и r2 — термические сопротивления загрязнений стенок со стороны поглотителя и охлаждающей воды, .

После определения неизвестных величин по уравнению рассчитывается температуры стенки со стороны воды:

Для расчета коэффициента теплоотдачи для воды необходимо выбрать уравнение для расчета критерия Нуссельта. Перед выбором уравнения для расчета критерия Нуссельта необходимо определить режим течения теплоносителя в трубах.

< 10 000

Gr2Pr2=14·105

Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды:

Относительная тепловая нагрузка со стороны охлаждающей воды по формуле:

Определение погрешности в расчете:

Определение коэффициента теплопередачи и истинной поверхности теплообмена Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

Определение истинной поверхности теплообмена, необходимой для осуществления процесса теплообмена /4/:

Тогда запас поверхности будет равен

Определение гидравлического сопротивления теплообменника Гидравлический расчет проводят по формулам расположенным ниже.

Для определения гидравлического сопротивления межтрубного пространства теплообменника служит следующее уравнение :

где (мтр скорость движения теплоносителя в межтрубном пространстве, .

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, m =. Число сегментных перегородок x = 10 (8). Диаметр штуцеров в кожухе 200 мм (8). Следовательно, скорость поглотителя в штуцере

Скорости жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью 0,04 м²

Для определения гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменника служит следующее уравнение:

где (тр скорость движения теплоносителя в трубном пространстве:

м/с

Коэффициент трения определяется по формуле

где — относительная шероховатость труб, Δ = 0,2 мм.

Диаметр штуцеров в кожухе 100 мм. Следовательно, скорость охлаждающей воды в штуцере

z = 2, l = 6 м

6. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Подбор вспомогательного оборудования включает подбор компрессора для подачи газовой смеси и насоса для подачи поглотителя.

Ориентировочный расчет насоса

Подобрать насос для перекачивания поглотителя при температуре 31 (С из емкости в аппарат, работающий под давлением 2,4 МПа.

Расход поглотителя 32,67, учитывая, что плотность поглотителя при 31 (С равна 1030, то объемный расход поглотителя .

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2. Тогда диаметр

Выбираем трубу из стали Ст3 по ГОСТ 380–94 с наружным диаметром 530 мм, толщиной стенки 9 мм (отклонения от наружнего диаметра ±4,5 мм). Внутренний диаметр трубы 500 мм. Фактическая скорость воды в трубе Определение потерь на трение и местные сопротивления Число Рейнольдса (=1,1 м при 31 (С для поглотителя

Режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной (=2(10−4 м. Тогда Далее получим:

.

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет коэффициента трения (следует проводить по формуле (7)

.

.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

Для всасывающей линии:

вход в трубу (принимаем с острыми краями): (1=0,5;

прямоточный вентиль для d=0,5 м:

Сумма местных сопротивлений

.

Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле /3/

.

где l-длина трубопровода, м.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений для нагнетающей линии:

1)Выход из трубы: (1=1

2)колено с углом 90((18шт.): для d=0,5 м (7).

3)теплообменник или Сумма местных сопротивлений

Потерянный напор в нагнетательной линии Выбор насоса Находим потребный напор насоса по формуле (7)

где p1 — давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость; p2 — давление в аппарате, в который перекачивается жидкость; HГ — геометрическая высота подъема жидкости; hп — суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

.

Такой напор при заданной производительности можно обеспечить путем установки насоса марки 10М-8×6б Выбор компрессора Необходимо подобрать компрессор для перекачивания газовой смеси через абсорбер. Расход газовой смеси, температура поступающей смеси 31 (С. Исходная газовая смесь содержит 13.1% SO2 и 7% кислорода и 79.

9% азота. Газовая смесь вводиться в нижнюю часть абсорбера, где происходит процесс абсорбции под давлением 100.

6 кПа. Следовательно, выбираем одноступенчатый поршневой компрессор марки 4M 10−200/2,2, мощностью 590 кВт, частотой вращения 200 мин-1 .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе была рассчитана установка для абсорбции диокиси серы.

Процесс абсорбции диокиси серы из газовой смеси, концентрацией 13.1% SO2, 7% кислорода и 79.

9% азота осуществляется в насадочном абсорбере диаметром 2800 мм и высотой 12 460 мм при температуре абсорбции 31(С. Производительность абсорбера по газовой фазе при нормальных условиях. Для проведения процесса абсорбции в колонне используются насадки в виде керамических колец Рашига 35(35(4.

Поглотитель (раствор карбоната натрия) подается в абсорбционную колонну при помощи насоса марки 10 М-8×6б производительностью 0,6 389 м3/с и создающего напор в 218 м.

Поглотитель охлаждается в кожухотрубчатом теплообменнике диаметром кожуха — 1000 мм, диаметром труб — 20(2 мм, общим числом труб — 666 шт, числом ходов — 4, длиной одного хода — 6 м, поверхностью теплообмена — 208 м².

Газовая смесь подается на абсорбцию одноступенчатым поршневым компрессором марки 4 М 10−200/2,2, мощностью 590кВт, частотой вращения 200 мин-1.

Для экономии энергии в схеме используется теплообменник — рекуператор.

Рассчитанная очистная схема позволяет производить абсорбцию диокиси серы до степени, определенной в выданном курсовом задании.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Ветошкин А. Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. — С.

Ветошкин А. Г. Защита атмосферы от газовых выбросов. Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2004. -

Рамм В. М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. — 655 с.

Колонные аппараты. Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978. — 31 с.

Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. — 752 с.

Касаткин А. Г., Дытнерский Ю. И., Кочергин Н. В. Теплои массоперенос. Т.

4. Минск: Наука и техника. 1966. — С.

12—17.

Павлов К. Ф., Романное П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976. — 552 с.

Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерскин и др.

Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. —496 с.

Листов

Лит.

Установка абсорбционная Утвердил Н.Контр.

Проверил Разработал Лист

Дата Подпись

№ Документа Лист

Изм.

Лист_

_Дата_

Подпись_

№ Документа_

Лист

Изм.