--PAGE_BREAK--
3 Расчет тарельчатого абсорбера
3.1 Определение скорости газа и диаметра абсорбера
Скорость газа в интервале устойчивой работы можно определить по формуле:
, где
В-коэффициент, характеризующий работу решетчатой тарелки, принимаем В=8, е=2,72
dэкв -эквивалентный диаметр отверстия для щели тарелки, м
Для расчета допустимой скорости паров принимаем тарелку типа ТР ( ост 26-666-72) сталь углеродистая. dэкв =2*в=2*6=12 мм=0,012 м, s-ширина щели, s=4мм, Fс— свободное сечение тарелки, при шаге t=36мм, Fс=0,2м2/м2 – принимаем относительно рассчитанного насадочного абсорбера с Д=2,6 м
Находим диаметр абсорбера:
м
Принимаем Дстанд =2,4 м
Определяем действительную скорость газа на тарелке:
м/с
Расчет светлого слоя жидкости на тарелке
Определим уточненное значение коэффициента В
Определяем плотность орошения
Определяем критерий Фруда
С-коэффициент, определяем по формуле
Находим высоту газожидкостного слоя для абсорбера Дст=2,4м, Fс=0,2м2/м2
Определяем газосодержание барботажного слоя
>0,5
Высота светлого слоя жидкости
Определим коэффициенты массоотдачи:
Выразим в выбранной для расчета размерности:
кг/м2с
Выразим в выбранной для расчета размерности:
кг/(м2с)
Коэффициент массопередачи:
кг/м2с
Определяем число тарелок в абсорбере
Суммарная поверхность тарелок равна:
м2
Определяем площадь одной тарелки, -доля рабочей площади тарелки
Требуемое число тарелок равно:
тарелки, принимаем n=8 шт
Определяем расстояние между тарелками
Определяем высоту сепарационного пространства
,
где е=0,1, А=1,4х10-4, m=2,56, n=2,56
f-поправочный коэффициент, учитывающий свойства жидкости
принимаем расстояние между тарелками равное 0,3 м.
Высота тарельчатой части абсорбера
Принимаем расстояние от верхней тарелки до крышки
м;
Принимаем расстояние от нижней тарелки до днища
Определяем высоту абсорбера
Полное гидравлическое сопротивление тарелок:
;
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
;
Па
-коэффициент, зависит от конструкции тарелки, принимаем для решетчатой тарелки табл. 5 [2]
Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
Па
Гидравлическое сопротивление газо-жидкостного слоя (пены) на тарелке:
Па
Па
Проводим сравнение насадочного и тарельчатого абсорбера, данные отражены в таблице 2.
Таблица 2
Сравнение этих данных показывает, что применение тарельчатого абсорбера позволяет значительно снизить энергетические затраты на преодоление газовым потоком сопротивления абсорбера. Поэтому выбираем для проведения процесса тарельчатый абсорбер.
4 Расчет вспомогательного оборудования
4.1 Расчет теплообменника для охлаждения газовой смеси
Исходные данные:
Расход газовой смеси G1= 11,97 кг/с;
Температура газовой смеси на входе в теплообменник t1′ = 110 ºС;
Температура газовой смеси на выходе из теплообменника t1″ = 21 ºС;
Начальная температура охлаждающей воды t2′ = 19 ºС.
4.1.1 Определение тепловой нагрузки теплообменника и расхода воды
Найдем среднюю температуру газовой смеси
t1= 0,5 (t1′ + t1″) = 0,5 (110 + 21) = 65,5 ºС.
Газовая смесь при средней температуре 65,5 ºС имеет следующие свойства.
;
кг/м3.
Вязкость газовой смеси при температуре 65,5ºС
Μац = 0,85·10-5 Па·с;(4) μвозд = 2,·10-5 Па·с.(1)
.
Теплоемкость при средней температуре
,
где Сац – удельная теплоемкость ацетона при t1= 65,5 °С ,
по [4] Сац =1438 Дж/(кг·град),
Свозд – удельная теплоемкость воздуха при t1= 65,5 °С,
по [1] Свозд = 1007 Дж/(кг·град),
Дж/(кг·град).
Теплопроводность
,
где В = 0,25 · (9 · k — 5) [1]
kац= 1,26
тогда теплоемкость газа:
kг. см.= kбУн+ kв(1-Ун)Вт/м К
В = 0,25 (9 · 1,388 — 5) = 1,873
Вт/м·К
Примем температуру охлаждающей воды на выходе из теплообменника равной 50 °С, тогда средняя температура воды
t2= 0,5 (t2′ + t2″) = 0,5 (19 + 50) = 34,5 ºС.
Вода при средней температуре 34,5 ºС имеет следующие физико-химические и теплофизические свойства [1].
ρ2 = 994 кг/м3; μ2 = 0,7298·10-3 Па·с, С2 = 4190 Дж/(кг·град),
λ2 = 0,622 Вт/м·град.
Тепловую нагрузку определим по формуле
;
Вт.
Определим расход охлаждающей воды из уравнения теплового баланса
.
кг/с.
Температурная схема теплообменника
110 ºС 21 ºС;
50 ºС 19 ºС;
;
Средняя разность температур между теплоносителями
ºС.
4.1.2 Определение коэффициента теплоотдачи для газовой смеси
Принимаем трубы теплообменника диаметром dт= 25 х 2 мм. Направим газовую смесь в трубное пространство. Зададимся значением критерия Рейнольдса для газа Re= 40000 (развитое турбулентное движение) и определим требуемое число труб одного хода по формуле [2]
,
где d– внутренний диаметр трубы, d= 21 мм = 0,021 м;
.
По таблице 4.12 [4] принимаем одноходовой кожухо-трубчатый теплообменник: Дкожуха = 1200 мм, n= 1083
Уточняем Re:
Режим движения газа – турбулентный.
Вычислим критерий Прандтля для газа
,
.
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле [2]
,
где = 1, для газов отношение =1, [1].
.
Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке
Вт/(м2·К).
Определение коэффициента теплоотдачи от степени к охлаждающей воде. Критерий Прандтля для воды
м
Принимаем Re= 10000
где С- коэффициент для перегородок, С=1,72
Вт/м*К
Термическое сопротивление загрязнений:
-со стороны газовой смеси м2К/Вт
-со стороны воды м2К/Вт табл. 5.4 [4]
теплопроводность стальных труб: Вт/м*К
Определим поправочный коэффициент et
При этих значениях et0,8 рис.5 (1)
tут=tср* et= 23,2*0,8 =18,56
Требуемая площадь поверхности теплообмена:
м2
Принимаем одноходовой кожухо-трубчатый теплообменник ТН.
Диаметр кожуха 1200 мм
Число труб 1083мм
Диаметр труб 25 х 2 мм
Площадь поверхности теплообмена 765 м2
Длина труб 9 м
Число сегментных перегородок n= 14
Число труб по диагонали шестиугольника — 39
Запас площади теплообмена:
Уточненный расчет:
Определим число перегородок
Определим площадь сечения одного хода
Уточняем скорость движения воды
При расчете теплоотдачи в случае Rе
tопр= 0,5 (tст+ t). Ввиду того, что температура tcTбудет определена только в конце расчета, необходимо задаться величиной ∆t
В данном примере теплопередачи от газа к жидкости следует учесть, что коэффициент теплоотдачи от газа к стенке обычно значительно меньше коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости, поэтому примем ∆t= 0,25∆tcp= 0,25*23,2=5,8°С.
При этом tст = t+∆t=34,5+5,8 =40,3°С, и за определяющую температуру примем tопр= 0,5 (40,3 +34,5) =37,4 °С.
При этих допущениях:
(GrPr)=>8*105
Значения β, ρ, μ и Рг для воды взяты по табл. XXXIX. (1)
Для горизонтального аппарата расчетная формула коэффициент теплоотдачи:
Принимаем по табл. 4.12(1) теплообменник с максимальной длиной труб L= 9м. Тогда:
где μ=0,657 при 40,3 °С
Коэффициент теплопередачи:
Термическое сопротивление загрязнений:
-со стороны газовой смеси м2К/Вт
-со стороны воды м2К/Вт табл. 5.4 [4]
теплопроводность стальных труб: Вт/м*К
Поверхностная плотность теплового потока:
q=K∆tср=80,66*23,2=1871,312
Проверим применимость формулы расчета коэффициента теплоотдачи и уточним расчет. Расчетное значение ∆tср
∆tср= q/α=1871,312/339,6=5,51 °С
Уточненное значение (GгРг):
(GгРг)=35,79*105*(5,51/5,8)0,1=35,6*105
Формула применена верно, так как (GгРг) > 106 и > 20.
Расчетное значение определяющей температуры
а было принято tст= 37,4°С.
Расчет qпроизведен правильно.
Расчетная площадь поверхности теплообмена:
Запас площади поверхности теплообмена:
Запас площади поверхности теплообмена достаточен.
Принимаем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник ТН.
Диаметр кожуха 1200 мм
Число труб 1083мм
Диаметр труб 25 х 2 мм0
Площадь поверхности теплообмена 765 м2
Длина труб 9 м
Определяем диаметр патрубков
м/с;
м
м
Принимаем трубы для патрубков и колен по ГОСТ 10704-91*диаметром
для воды- 426x10 мм
для смеси- 820x11 мм
4.2 Расчет центробежного насоса для подачи в колонну поглотителя
Примем скорость воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводах равной 2 м/с. Рассчитаем диаметр трубопровода по формуле
;
м.
Фактическая скорость воды в трубе
, м/с
м/с
Принимаем абсолютную шероховатость стенок труб е = 0,2 мм, степень шероховатости dэ / е = 119/0,2 =595. По рисунку находим значение коэффициента трения λ = 0,0235.
Вычислим критерий Рейнольдса
;
.
Примем следующие характеристики трубопроводных линий:
линия всасывания – длина l1 = 15 м; линия нагнетания – длина l2 = 50 м.
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
На линии всасывания:
1) вход в трубу (с острыми краями) ξ1 = 0,5;
2) отвод под углом 90° (2 шт) ξ2 = 0,21*2=0,42;
3) вентиль нормальный (2 шт) (для диаметра 119 мм) ξ3 = 0,47*2=0,94
.
На линии нагнетания:
1) отвод под углом 90° (3 шт) ξ1 = 0,21*3=0,63;
2) вентиль нормальный (4 шт) (для диаметра 119 мм) ξ3 = 0,47*4=1,88
3) диафрагма m=0,6 ξ3 = 2;
4) выход из трубы ξ4 = 1.
.
Определим потери напора по формуле
.
Потери напора на всасывающей линии
м.
Потери напора на нагнетательной линии
м.
Общие потери напора
м.
Определим необходимый напор насоса
.
Значения величин в формуле указаны в исходных данных.
м.
Определим полезную мощность насоса
.
кВт.
Мощность на валу электродвигателя
,
где ηдв –0,8;
кВт.
Установочная мощность сотавит:
, кВт
кВт
Выбираем центробежный насос [2]: марка Х 90/19, производительность 0,025 м3/с, напор 13 м, частота вращения n = 48,3 с-1, мощность 10 кВт, электродвигатель АО2-51-2. ηдв=0,88
Рассчитаем запас напора на кавитацию
.
м.
По таблицам насыщенного водяного пара[1] определим давление насыщенных водяных паров при t= 21º С Рt = 2,4 ·103 Па.
Определим предельную высоту всасывания по формуле
.
.
Насос можно устанавливать над емкостью на высоте 4,39 м над уровнем водоема вполне допустимо.
5. Расчет вентилятора к тарельчатому абсорберу для перекачки газовой смеси
Определение гидравлического сопротивления аппарата
Принимаем скорость газовой смеси в трубопроводе 20 м/с и определяем диаметр трубопровода
, м
По найденному диаметру принимаем трубопровод из стали наружным диаметром 820х11 мм; dвн =820-11*2 мм =798 м.
Фактическая скорость газа в трубе
м/с
Критерий Рейнольдса для потока газа в трубопроводе
>10000
Режим движения турбулентный.
Примем трубы стальные новые с абсолютной шероховатостью Δ = 0,2 мм
Относительная шероховатость трубы
,
По рисунку 1.5. [3] находим значение коэффициента трения λ= 0,015.
Примем длину нагнетательной линии lн =50 м. На линии установлена 3 задвижки и 4 отвода под углом 90о, диафрагма
Определяем коэффициенты местных сопротивлений [3, табл. XIII]:
— задвижка ξ =0,15*3=0,45
- отвод 900 ξ = 0,21*4=0,42
- диафрагма m=0,7 ξ =0,97
- вход в трубу (с острыми краями) ξ=0,5
- Выход с трубы ξ=1
продолжение
--PAGE_BREAK--