Реферат по предмету "Производство"


Расчёт тарельчатого абсорбера 2

/>3Расчёт тарельчатого абсорбера
3.1 Определение условий равновесия процесса
Определим равновесные концентрации ацетона в воде. В случае абсорбции хорошо поглощаемых газов (паров) расчет равновесных концентраций ведут по закону Рауля [2] c.16:

/>, (3.1)

где    давление в абсорбере, Па;

Pн  давление насыщенных паров ацетона при температуре абсорбции (t=26 °C), Па;

x*   равновесная концентрация ацетона в воде, />;

у   концентрация ацетона в воздухе, />.

Давление насыщенных паров ацетона при температуре абсорбции(t= 26°С) по [3] рисунок XIVравно 244 мм. рт. ст. Пересчитаем в Па:
/>Па

/>,(3.2)


Величины равновесных концентраций в жидкости достаточно рассчитать для диапазона значений концентраций в газовой фазе от нуля до величины, которая в 1,2-1,5 раз превышает начальную концентрацию абсорбтива.

Для упрощения расчетов материального баланса необходимо сделать пересчет абсолютных концентраций в относительные. Связь между относительной концентрацией и абсолютной выражается следующей формулой по [3] c.283:

/>,(3.3)

/>,(3.4)

где у   абсолютная концентрация ацетона в газовой фазе, />;

Y   относительная концентрация ацетона в газовой фазе, />;

x   абсолютная концентрация ацетона в жидкой фазе, />;

X   относительная концентрация ацетона в жидкой фазе, />;

Таблица 3.1 — Расчет равновесной линии

x*,/>

y, />

X*, />

Y, />

0

0

0

0

,077

0,01

0,083

0,01

0,15

0,02

0,18

0,02

0,23

0,03

0,30

0,03

0,31

0,04

0,45

0,042

0,38

0,05

0,61

0,053


По определенным значениям концентраций строится линия равновесия Х* = m∙Y(рисунок 3.1).
/>

Рисунок 3.1 – Линия равновесия. Определение минимального расхода поглотителя
Коэффициент распределенияmнайдем как тангенс угла наклона линии равновесия к оси Х. Поскольку линия равновесия в данном случае не прямая, то коэффициент распределения будем рассчитывать как среднее арифметическое, разбив линию равновесия на ступени и рассчитав тангенс угла наклона на каждой из них. Проделав эти операции, получили, что коэффициент распределения mравен 0,1006 кмоль воды/кмоль воздуха.
3.2Расчет материального баланса


3.2.1 Определение молярного расхода компонентов газовой смеси
Пересчитаем объемный расход при нормальных условиях (T0=273K, P0=1,013105 Па) в объемный расход при условиях абсорбции (Т=299К, Р=0,25106 Па).

/>, (3.5)

где Vсм0 – расход при нормальных условиях, />.


/>.
Для удобства дальнейших расчетов переведем объемный расход газовой смеси в молярный.

/>,(3.6)

где Vсм0   объемный расход газовой смесипри нормальных условиях, />;

Gсм   молярный расход газовой смеси, />.

/>.


Молярный расход инертного газа определяется по уравнению [2] c.17:

/>, (3.7)

где ун   исходная концентрация ацетона в газовой смеси, />;

G   молярный расход инертного газа, />.

Из условия задания ун=0,04/>.

/>.

Концентрацию ацетона на выходе из абсорбера yк, />находим по формуле [2] c.17:

/>, (3.8)

где  – степень извлечения, =0,92 (из задания).


/>.
Величины yк, yн пересчитаем в относительные по формуле (3.3):
/>/>,

/>/>.


Для определения молярного расхода ацетона M, который поглощается, служит следующее уравнение [2]:

/>, (3.9)

/>.
2.2.2 Определение расхода поглотителя ацетона из газовой смеси
Для определения минимального молярного расхода чистого поглотителя Lмин служит следующее уравнение[2]:

/>, (3.10)

где X*к  равновесная относительная концентрация ацетона в воде на выходе из аппарата, />;

Хн   исходная относительная концентрация ацетона в воде, />.

Равновесную относительную концентрацию ацетона в воде на выходе из аппарата определим по линии равновесия (рисунок 3.1). Для противоточных абсорберов X*к=f(Yн). По графику максимально возможная концентрация ацетона в воде при условиях абсорбции составляет X*кmax=0,408/>.

/>


Т.к. в реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя, а несколько больший (для ускорения процесса), то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход L с учетом коэффициента избытка поглотителя [4]

/>, (3.11)

где    коэффициент избытка поглотителя, принимаем равным 1,5.

С увеличением расхода поглотителя (т. е. с увеличением коэффициента избытка поглотителя) снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Поэтому следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и расходом поглотителя, при котором размеры аппарата будут оптимальными [5].

/>.
2.2.3 Определение рабочей концентрации ацетона в поглотителе на выходе из абсорбера
Для определения рабочей концентрации служит уравнение[2]:

/>, (3.12)


/>
2.2.4 Построение рабочей линии абсорбции ацетона и определение числа единиц переноса
По полученным значениям концентраций строится график (рисунок 3.2)

/>

Рисунок 3.2 — X – Y диаграмма при давлении р = 0.25 МПа
3.3 Определение рабочей скорости газа и диаметра аппарата

Для начала необходимо выбрать тип тарелки. Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. Выберем колпачковый тип тарелки,а именно тарелки колпачковые однопоточные стальные разборные типа ТСК-Р, так как они могут работать при большой нагрузке по жидкости, у них большая область устойчивой работы, большая эффективность, они обладают лёгкостью пуска и установки.

Для колпачковых тарелок предельно допустимую скорость рекомендуется рассчитывать по формуле:


/>(3.13)


где ρxи ρy–плотности жидкой и газообразной фазы соответственно, ρx= 998 кг/м3[3];

dk-диаметр колпачка, м;

hk-расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки, м.

Плотность газообразной фазы найдем по формуле [3]:
/>, (3.14)

где Мсм– молярная масса парогазовой смеси, кг/кмоль;

Т, р– соответственно температура и давление при нормальных условиях (Т= 273К, р= 1,013∙105Па);

t– температура абсорбции равная 26 °С по заданию;

р – давление в абсорбере равное 0,25 МПа.

Молярная масса парогазовой смеси рассчитывается по формуле [3]:
/>, (3.15)
где Мац – молярная масса ацетона равная 58 кг/кмоль;

Мвз– молярная масса воздуха равная 29 кг/кмоль;

ун  исходная концентрация ацетона в газовой смеси, />

Получаем,
Мсм = 58∙0,04 + 29∙(1-0,04) = 30,16 кг/кмоль,
/>кг/м3.
Диаметр колпачка dkи расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки hkвыберем согласно [6] таблица 24.2: dk= 0,1 м, hk= 0.3м.

Тогда предельно допустимая скорость будет равна:

/>


Рабочая скорость будет равна [1]


/>, м/с
Диаметр абсорбера находим из уравнения расхода[1]:


/>,(3.16)

где V– объёмный расход газа при условиях в абсорбере, м3/с. Отсюда

/>


Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера dст=2,4 м. При этом действительная рабочая скорость газа в абсорбере [1]
/>, м/с.
3.4 Высота светлого слоя жидкости

Высоту светлого слоя жидкости на тарелке h0находим из соотношения[1]:
/>,(3.17)
где hпер– высота переливной перегородки, согласно [6] hпер= 0,05 м;

q– линейная плотность орошения, м3/(м∙с).

Рассчитаем линейную плотность орошения q[1]:
q= Q/Lc, (3.18)
где Q– объёмный расход жидкости м3/с;

Lс– периметр слива, Lс= 1,775 м [6].

Объемный расход жидкости равен:

/>, (3.19)

где L– молярный расход чистого поглотителя, кмоль/с;

ρх– плотность чистого поглотителя при температуре абсорбции, кг/м3;

Мв– молярная масса воды равная 18 кг/кмоль.
/>, м3/с
/>, м3/(м∙с)
Подставив получим:

/>


3.5 Расчёт коэффициентов массоотдачи


Коэффициент массопередачи определяют по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений[1] :


/>,(3.20)


где βхи βу– коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и газовой фаз, кг/(м2·с);

m– коэффициент распределения,

m= 0,1006 кмоль воды/кмоль воздуха.

Для жидкой фазы коэффициент массоотдачи [1]:

/>, (3.21)


где Dx– коэффициент молекулярной диффузии распределяемого компонента в жидкости, м2/с;

ε – газосодержание барботажного слоя, м3/м3;

U– плотность орошения;

μх– вязкость воды, равная 1 мПа∙с по [3] рисунок V;

μу — вязкость воздуха, равная 0,018 мПа∙с по [3] рисунок VI;

h– высота светлого слоя жидкости, м.

Плотность орошения равна [1]:
/>
где L– молярный расход поглотителя, кмоль/с;

МВ – молярная масса воды, кг/кмоль;

ρx– плотность воды, при температуре абсорбции, кг/м3.

Согласно [1] рассчитаем Dх
/>,(3.22)
где Dx20 – коэффициент диффузии в жидкости при t= 20°C, м2/с;

b– температурный коэффициент;

t– температура абсорбции.

Коэффициент диффузии в жидкости при 20°С можно вычислить по приближенной формуле [1]:
/>, (3.23)
где А, В – коэффициентыассоциации, учитывающие отклонения от нормы в поведении растворенного вещества и растворителя. Согласно [4] c.660 А= 1, для воды В = 4,7;

υаци υв– мольные объемы ацетона и воды соответственно при нормальной температуре кипения, (υв= 18,9 см3/моль, υац=74 см3/моль, [3]);

μX– вязкость жидкости при 20 °С, равная 1 мПа∙с.
/>/>.
Температурный коэффициент bопределяем по формуле [1]:
/>, (3.24)
где μxи ρxпринимаем при температуре 20 °С [3]
/>.
При температуре абсорбции 26 °С коэффициент диффузии DXбудет равен:
/>/>.
Газосодержание барботажного слоя определяем из соотношения [1]
/>, (3.25)
где Fr– критерий Фруда.

Критерий Фруда рассчитывается поформуле [1]:
/>, (3.26)
где wТ– скорость газа в рабочем сечении тарелки, м/с;

h– высота газожидкостного слоя, м;

g= 9.81 м2/с.

Скорость газа в рабочемсечении тарелки найдем по [1]
/>, (3.27)


где V– объемный расход газовой смеси при условиях абсорбции, м3/с;

F– рабочее сечение тарелки, м2. В соответствии с [6] таблица 5.2 для колпачковых тарелок типа ТСК-Р с диаметром колонны 2,4 м F= 3,48 м2.
/>м/с
/>.
Тогда газосодержание барботажного слоя:
/>/>.
Подставим все полученные значения в формулу (3.21)

/>


Для газовой фазыкоэффициент массоотдачи [1]:

/>,(3.28)
где Fс– свободное сечение тарелки, равное 12,3% или 0,123 по [1] Приложение 5.2;

Dy– коэффициент диффузии в газовой фазе, м2/с;

wт– скорость газа в рабочем сечении тарелки, м/с.

Коэффициент диффузии ацетона в воздухе при атмосферном давлении и температуре t= 0°С по [8] D0У= 1,09∙10-5м2/с. Пересчитаем это значение на условия абсорбции по формуле [3]:

/>, (3.29)


где Т, р– соответственно температура и давление при нормальных условиях (Т= 273К, р= 1,013∙105Па);

Т – температура абсорбции, К;

р– абсолютное давление в абсорбере, Па.

Подставив, получим:
/>м2/с.
Подставив данные в формулу (3.), получаем
/>

Переведём коэффициенты массоотдачи в нужную размерность

/>/>, (3.30)

где Мсм– молярная масса парогазовой смеси, кг/кмоль;

ρу– плотность газовой смеси, кг/м3.
/>.


/>/>,(3.31)

где Мсм– молярная масса жидкой смеси, кг/кмоль;

ρx– плотность жидкости, кг/м3.

Молярная масса жидкой смеси равна:
/>, (3.32)
где хк– абсолютная мольная доля ацетона в воде, кмоль ацетона/кмоль смеси.

Произведем перерасчет из относительных в абсолютные мольные доли[1]:


/>, (3.33)
/>кмоль ацетона/кмоль ж. смеси.
/>.

Тогда коэффициент массотдачи:

/>.

Рассчитаем теперь коэффициент массопередачи по формуле (3.20)

/>.


3.6 Поверхность массопередачи и высота абсорбера

Поверхность массопередачи в абсорбере рассчитывается по уравнению:

/>,(3.34)


где М — молярный расход ацетона, кмоль/с;

КУ– коэффициент массопередачи, кмоль/м2∙с;

ΔYср– движущая сила процесса, кмоль/кмоль.

Движущая сила может быть выражена в единицах концентрации как жидкой, так и газовой фаз. Принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы:


/>(3.35)
где ΔYби ΔYм– большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кмоль ацетона/кмоль воздуха.
/>
/>(3.36)

где YХни YХк– концентрация ацетона в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него:
/>
/>
/>
Отсюда

/>

Тогда требуемое число тарелок [1]

/>, (3.37)

где Fраб — рабочее сечение тарелки, которое равно [6] 3,48 м2.

/>

Принимаем n = 10 тарелок.

3.7 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера

Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) hп и сепарационного пространства hc[1]:


/>, (3.38)


Высоту пены рассчитаем по формуле

/>, (3.39)


Подставив получим

/>

Высоту сепарационного пространства рассчитываем исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки, принимаемого равным 0.1 кг жидкости на 1 кг газа используя формулу [1]:

/>, (3.40)

где Е – масса жидкости уносимой с 1 м2 рабочей площади сечения колонны, кг/м2·с;

σ – поверхностное натяжение, σ = 72.8 мН/м [3].

Согласно графику для определения уноса на колпачковых тарелках [1] рисунок 5.5:


/>

Из (3.) выразим hс :

/>

Найдём расстояние между тарелками по формуле (3.41)

/>, (3.41)

/>

Принимаем h = 0.3 м [6] таблица 24.2.

Рассчитаем высоту тарельчатой части по формуле (3.42):

/>, (3.42)

Подставив значения, получим

/>.

Расстояние между нижней тарелкой и днищем абсорбера примем по [7] равным 5 м, а расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 1.6, тогда общая высота абсорбера :

/>

3.8Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера

Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяют по формуле [2]:

/>(3.43)

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трёх слагаемых:

/>, (3.44)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

/>, (3.45)


где ξ – коэффициент сопротивления сухой тарелки, для колпачковой тарелки ξ = 4,5 [6];

FC – относительное свободное сечение для прохода газа по тарелке, для колпачковой тарелки FC=0,123 [1].

Получим:

/>

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке [9] c. 229:

/>(3.46)


где g – ускорение свободного падения, м2/с;

ρх – плотность жидкости, кг/м3;

h0– высота светлого слоя жидкости, м.

/>

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения [2]:

/>(3.47)

где σ – поверхностное натяжение жидкости, равное 72,8∙10-3 Н/м;

dЭ – эквивалентный диаметр щелей, через которые газ проходит в жидкость на тарелке, м.

Рассчитаем эквивалентный диаметр для треугольной прорези со сторонами 16.55 мм, 16.55 мм, 14 мм [6].

/>

/>


Тогда полное гидравлическое сопротивление

/>


Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера

/>

3.9 Определение диаметра штуцеров


Для расчетов диаметров штуцеров служит следующее уравнение [1] с.16:

/>, (3.48)

где р   рекомендуемая среднерасходная скорость перемещения среды в штуцере, м/с;

Q– объемный расход, м3/с.

Руководствуясь [1] примем ωpгаза=15 м/с, ωpжидк.=0.8 м/с.

Так как давление в абсорбере небольшое, согласно рекомендациям [12] выберем штуцера ОСТ 26 – 1404.

Объемный расход жидкой смеси равен:
/>(3.49)

где L– мольный расход поглотителя, кмоль/с;

М – молярная масса поглотителя, кг/кмоль;

ρ – плотность поглотителя при температуре абсорбции, кг/м3.
/>
Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода жидкой смеси:
/>.


Примем штуцер с Dy=60 мм.

Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода газовой смеси.
/>.


Примем штуцер с Dу=500 мм.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Психосоматические аспекты депрессии
Реферат The Crucible Essay Research Paper Three distinct
Реферат Характеристика рослин гіркокаштан звичайний гірчак багатоквітковий гірчак зміїний
Реферат Анализ конкуренции
Реферат Автоматизация технологических процессов основных химических производств
Реферат Iii всероссийский социологический конгресс
Реферат Александр Дюма-отец Alexandr Dumas
Реферат Особенности расследования дорожно-транспортных происшествий
Реферат Аудит предприятий, пользующихся упрощенной системой налогообложения
Реферат Денежные потоки в виде серии платежей произвольной величины
Реферат Abnormal Child Psychology учебное пособие
Реферат Changing Corporate Culture Essay Research Paper OutlineThesis
Реферат Лингвостилистические характеристики рекламного дискурса (на материале автомобильной рекламы)
Реферат Международные инструменты защиты прав национальных меньшинств
Реферат Автори: Шевченко І. О., Бойцова С. Г