Проект абсорбционной установки непрерывного действия

Принимаем скорость перемещения  воды по трубопроводу такую, же как  в абсорбционной колонне ω=0,00 м/с

Диаметр штуцеров:

 

 

Принимаем фланец d_фл=65 мм.

Вход и выход охлаждающей  жидкости (воды):

Принимаем скорость перемещения телоносителя по трубопроводу:

 

 

При этом:

 

  Принимаем d_ф=80 мм.

 

 

 

 

 

Выбираем для труб и трубной  арматуры охлаждающей жидкости штуцеры  стальные:

 

Диаметр внутренний	Давление	Внешний диаметр	Длина штуцера	Диаметр резьбы
D=80 мм.	Py<2,5МПа	Dш=89мм.	h=200 мм.	М110x3,0

 

 

Выбираем для труб и трубной  арматуры трубопровода поглотителя  фланцы стальные:

Диаметр	Давление	Внешний диаметр	Длина штуцера	Диаметр резьбы
D=65 мм.	Py<2,5 МПа	Dф=102	h=180	M 100x3,0

 

2.3. Гидравлический  расчёт холодильника.

 

Рисунок 2.3.1 – Схема движения теплоносителя

Гидравлическое  сопротивление для каждого телоносителя:

,                                        (2.3.1)

 

 

 

 

где L – приведённая длина канала, равная 1,01 м; d_э – эквивалентный диаметр каналов, равный 0,0083м; х – число пакетов, для теплоносителя; ω_ш – скорость в штуцерах; a₁/Re – для ламинарного движения, a₂/Re^0.25 – для турбулентного режима(a₁=320, a₂=15).

Скорость  поглотителя в теплообменнике

_ш·(d_{эканала}/d_эф) ,                                   (2.3.2)

(0,0083/0,08)=0,05м/с

Гидравлическое сопротивление для поглотителя:

=19,04 кПа

 

Скорость  охлаждающей жидкости в теплообменнике

2 м/с

Гидравлическое  сопротивление для охлаждающей  жидкости:

 

=619 кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор вспомогательного оборудования.

            3.1. Расчёт и подбор холодильника газа.

 

Газ охлаждается  от 80 до 20 ^оС

Вода нагревается  с 15 до 55 ^оС

Δt_б = 80 – 55 = 25 ^оС

 

Δt_м = 20 – 15 = 5 ^оС

 

Δt_cр = (Δt_б - Δt_м) / ln,                                  (3.1.1)

 

Δt_cр = (25-5) / ln=12,4 ^оС.

 

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи  от газа к жидкости:

К = 60 Вт/(м2·К),

Расход  теплоты отдаваемой воде в холодильнике газа, при

охлаждении  его до t = 20 ^оС

Qхд = Lс_г (t_г- t),                                  (3.1.2)

Qхд = 1,54·1· (80-20) =92.4 кВт.

тогда требуемая  поверхность теплообмена:

F = Q_хд / (KΔt_ср) ,                                  (3.1.3)

F = 92,4·10³/(55·12,4) = 125 м².

Принимаем стандартный  кожухотрубчатый теплообменник с

диаметром кожуха 800 мм и длиной труб 4 м., трубы 25х2 мм,

одноходовой, поверхность теплообмена равна 127 м² [1].

 

 

 

 

 

3.2. Расчёт десорбера

 

В качестве десорбера принимаем ректификационную колонну тарельчатого типа с ситчатыми  тарелками.

 

Материальный  баланс колонны и рабочее флегмовое  число.

 

Содержание исходной смеси: Исходная смесь: =4,7% мас Кубовый остаток: =1,3% мас Дистиллят: =95,0% мас

 

Производительность колонны  по дистилляту Р кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

 

₍3.2.1)

Отсюда  находим:

W=_,                                         (3.2.2)

W==1,56 кг/c.

 

 

 

 

 

 

 

 

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его  оптимальное значение R_опт можно найти путём технико-экономического расчета. Используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы β

β=R/R_min .                                          (3.2.3)

где R_min – минимальное флегмовое число:

R_min⁼(x_P - y_F^* )/( y_F^* -  x_F ),                             (3.2.4)

где x_F и x_P – мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;

y_F^*– концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

 

Пересчитаем составы фаз  из массовых долей в мольные по соотношению:

x_F =_,                                       (3.2.5)

 

где M _а и М_в – молекулярные массы соответственно ацетона и воды.

M_а =58 кг/кмоль

M_в =18 кг/кмоль

x_F ==0,015 кмоль/кмоль смеси.

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично  найдём:

 

x_p ==0,63 кмоль/кмоль смеси

x_w ==0,025 кмоль/кмоль смеси

По справочным данным для смеси строим равновесную линию:

 

Рисунок 3.2.1 – Равновесная линия

 

y_F^*– концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяем по Рис.2

Для x_F = 0,015 кмоль/кмоль смеси y_F^*= 0,35 , тогда

R_min⁼(0,97-0,35)/( 0,35-0,08 )=0.56

Далее, задавшись рядом значений коэффициента избытка флегмы, получим значение флегмового числа R. β=1.3:

R=1,3·0,56=0,73

 

 

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений;

L_в = РRМ_верх/М_р,                                         (3.2.6)

L_н = PRM_ниж/М_р+F M_ниж / М_F ,                           (3.2.7)

где М_P и M_F – мольные массы дистиллята и исходной смеси;

 

М_В и М_Н – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять  равной мольной массе легколетучего  компонента. Средние мольные массы  жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

М_верх = М_а х_ср.в+М_в (1- х_ср.в),                          (3.2.8)

М_ниж = М_а х_ср.н+М_в (1- х_ср.н),                          (3.2.9)

где х_{ср в} и х_{ср н} – средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны:

х_{ср в}=,                                        (3.2.10)

х_{ср в}=

 

х_{ср н}=,                                    (3.2.11)

 

х_{ср н}=

Тогда:

М_верх = 34·0,49+18·(1-0,49)=25,84кг/моль

 

М_ниж = 34·0,48+18·(1-0,48)= 25,68 кг/моль

 

 

 

 

Мольная масса исходной смеси:

 

М_F=58·0,048+18·(1-0,048)=19,92 кг/моль

 

Мольная масса дистиллята:

 

М_p=58·0,96+18·(1-0,96)=56,4 кг/моль

 

Подставим рассчитанные величины в выражения для средних массовых расходов, получим:

L_в=,                                      (3.2.12)

L_в=.

L_в=,                                     (3.2.13)

L_в=.

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

G_в=,                                 (3.2.14)

G_в=,                                 (3.2.15)

где и – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны.

M_а·y_срв+ M_в·(1-y_срв),                         (3.2.16)

M_а·y_срн+ M_в·(1-y_срн),                         (3.2.17)

 

y_срв===0,7

y_срн===0,305

Тогда

34·0,7+ 18 ·(1-0,7)=29,2 кг/моль

34·0,305+ 18 ·(1-0,305)=35,9 кг/моль

 

 

G_в=

G_н==0,089 кг/с

 

Скорость  пара и диаметр колонны

 

Для колонных аппаратов с ситчатыми  тарелками для определения допустимой скорости применяется формула:

ω=0.05,                                     (3.2.18)

где – плотность водяного пара при атмосферном давлении.

ω=0.05=2.05 м/с

Ориентировочный диаметр колонны определяем из уравнения  расхода:

d=,                                    (3.2.19)

Принимаем массовый расход пара в колонне G равным расходу поглотителя в абсорбционной колонне G=1,89 кг/с.

Диаметр колонны:

d==1 м.

Выберем стандартный диаметр обечайки колонны  d_ст=1400 мм. При этом рабочая скорость пара:

ω= ω (d/d_ст)²,                                      (3.2.20.)

ω= 2,05·(1,4/1,4)²=2,05 м/с

По  каталогу для колонны диаметром  1400 мм выбираем ситчатую тарелку со следующими конструктивными размерами:

Диаметр отверстий  в тарелке d_o=6 мм

Шаг между  отверстиями t=10 мм

Свободное сечение  тарелки F_c=0,139 м²

Рабочее сечение  тарелки S_т=0,87 м²

 

 

 

Скорость  пара в рабочем сечении тарелки:

ω_т= ω·0,785d²/S_т,                                        (3.2.21)

ω_т= 2,05·0,785·0,6²/0,87=2.45 м/с

 

Определение количества тарелок и  высоты десорбера:

 

Определим теоретическое  число тарелок графическим методом:

 

Количество  тарелок N=7

Высота колонны  определяется по формуле:

H=(N-1)h+z_в+z_н

где h – расстояние между тарелками, z_в и z_н расстояния между верхней и нижней тарелками и соответствующими крышками. (принимаем 0,5 и 0,7 соответственно [4]) Расстояние между тарелками колонных аппаратов следует выбирать из ряда: 200; 250; 300;350;400;450;500;550;600;650;700;750; 800;850;900;1000;1200мм. Расстояние между тарелками принимаем h=0,3 [4]

H=(7-1)·0,3+0,5+0,7=3 м.

Выбираем  ректификационную колонну тарельчатого типа:

Диаметр колонны: d=1400 мм.

Высота колонны: H=3 м.

Количество  тарелок N=7

 

По  каталогу для колонны диаметром  1400 мм выбираем ситчатую тарелку со следующими конструктивными размерами:

Диаметр отверстий  в тарелке d_o=6 мм

Шаг между  отверстиями t=10 мм

Свободное сечение  тарелки F_c=0,139 м²

Рабочее сечение  тарелки S_т=0,87 м²

 

3.3. Подбор  насосов и вентилятора

 

Подбор  насоса поглотителя:

 

Рисунок 3.3.1 – схема подключения насоса

Фактическая скорость воды в трубе:

ω=,                                                 (3.3.1)

ω==2,01 м/с.

 

 

 

 

Определение потерь на трение местные сопротивления:

Re,                                                 (3.3.2)

Re=76843

т.е. режим  течения турбулентный.

Примем  абсолютную шероховатость равной Δ=2∙10^-4 м.

Тогда:

e=,                                                      (3.3.3)

e==0,008.

расчет λ следует проводить по формуле: 

λ=0.11(e+) ,                                          (3.3.4)

λ=0,11(0,008+)=0,001.

Определим сумму коэффициентов местных  сопротивлений:

 

вход в  трубу ξ =0.5

вентиль ξ=0.8

выход из трубы  ξ =1

вентиль ξ =0.8

колено ξ =2 ( у нас два колена)

= 0,5+0,8+1+0,8+2=5,1

Потерянный  напор в линии находим по формуле:

)·,                                          (3.3.5)

 

)·=0,8 м.

 

Находим потребный напор насоса по формуле:

H=+h++H_к+,                                  (3.3.6)

 

где гидравлические потери в охладители абсорбента, – гидравлические потери в колонне, H_к – высота колонны, Р – абсолютное давление в аппарате, – атмосферное давление

H=+0,8++48,9+=134,9 м.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми поршневым насосом.

Выбираем  поршневой насос 1.3 ПТ(T)-63

Двигатель: 12,5 кВт Частота вращения: 1500 об./мин Подача: До 32 м3/ч Напор: 140 м Масса агрегата: 165 кг

 

 

Подбор  вентилятора для газа:

 

Рисунок 3.3.2 – Схема подключения  компрессора

Для подбора необходимого вентилятора, нагнетающего воздух в абсорбер, необходимо знать его производительность и  мощность.