моя

1.Технологический расчет

1. Начальная относительная концентрация метилового спирта в инертном газе при входе в абсорбер

М_СН3ОН=32 кг/кмоль - мольная масса метилового спирта

М_возд=29 кг/кмоль - мольная масса воздуха

кг СН₃ОН/кг возд.

2. Конечная относительная концентрация метилового спирта в воздухе на выходе из абсорбера.

3. Начальная относительная концентрация метанола в воздухе, подаваемого наверх абсорбера.

4. Конечная концентрация метанола в воздухе, выходящем из абсорбера

кг СН₃ОН/кг возд.

5. Определение плотности смеси

1. Плотность при нормальных условиях

кг/м³

2. Плотность при рабочих условиях P=1 атм. T=298 К

кг/м³

6. Расход смеси метанола и воздуха на входе в абсорбер

G= кг/с

7. Расход поглощаемого метанола

кг/с

8. Минимальный теоретический расход воды

кг/с

9. Расход воды с учётом коэффициента избытка поглотителя ϕ=1,3

10. Конечная относительная концентрация метанола в воде, вытекающей с низа абсорбера

кг СН₃ОН/ кг воды

11. Движущая сила абсорбции в низу абсорбера.

Δ кг СН₃ОН/ кг воды

значение находим по уравнению равновесной линии кг СН₃ОН/ кг воды

12.Движущая сила абсорбции на верху абсорбера

Δ кг СН₃ОН/ кг воды

13. Средняя движущая сила

Δ кг СН₃ОН/ кг воды

14. Мольная доля СН₃ОН на выходе из аппарата

y_к=

y=

15. Определение числа тарелок в абсорбере

Действительное число тарелок n_т = 6

n = n_т/η, где η – средний к.п.д. тарелок, по опытным данным значение η находится в переделах 0,3 – 0,8 (1, с. 322)

n=6/0,6=10

2.Расчет скорости газа и диаметра абсорбера.

1. Допустимая скорость газа в абсорбере рассчитывается по формуле

когда ρ_ж>>ρ_г ,

м/с

Примем С=0,05

2. Диаметр абсорбера

м

м³/с

Принимаем диаметр колонны 1,2 м

3. Действительная рабочая скорость смеси воздуха и метанола в аппарате.

м/с

4. Площадь поперечного сечения абсорбера.

м²

3.Расчет высоты абсорбера

1. Высота светлого слоя жидкости

h₀ = 0,787q^0,2h_пер^0,56ω^m[1 – 0,31exp(-0,11μ_x)])^0.09

σ_x=24,5*10^-3 Н/м

σ_в=23,0*10^-3 Н/м

где h_пер = 0,03 м – высота переливной перегородки;

q – линейная плотность орошения;

μ_х = 1,0 мПа∙с – вязкость воды при 25 ºС

m = 0,05 – 4,6h_пер = 0,05 – 4,6∙0,03 = 0,362

q = Q/L_c = 0,002207/0,722 = 0,00306 м³/м∙с,

L_c – периметр слива

Q = L/ρ_x = 2,207/1000 = 0,002207 м³/с – объемный расход воды

h₀ = 0,787∙0,00306^0,2∙0,03^0,56∙1,42^0,362[1 – 0,31exp(-0,11∙1,0)]* = 0,029м

2. Плотность орошения

м³/м²∙с

где S_к = 0,785d²=1,1304 м² – площадь колонны;

3. Газосодержание барботажного слоя

где Fr – критери Фруда:

4. Вязкость газовой смеси

Вязкость воздуха при 25 С

,

где ₀ = 17,310^-6 Пас – вязкость воздуха при 0 С,

c = 124 – постоянная Сатерленда

Пас

Вязкость метилового спирта при 25 С

Пас

Вязкость газовой смеси найдем найдем из соотношения

откуда _см = 14,8510^-6 Пас

4. Коэффициенты диффузии

Коэффициент диффузии метилового спирта в воздухе

м²/с

D₀ = 13,310^-6 м²/с – коэффициент диффузии при стандартных условиях.

Коэффициент диффузии метилового спирта в воде при 20 С:

Dж=1,545*10^-9

Коэффициент диффузии метилового спирта в воде при 25 С равен:

D_t = D₂₀ (1 + b(t - 20))

D_t=1,545*10^-9 *(1+0,015(25-20))=1,664*10^-9

6.Коэффициенты массоотдачи

4. Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

β_xf = 6,24∙10⁵D_x^0,5[U/(1–ε)]^0.5h₀[μ_y/(μ_y+μ_x)]^0,5=6,24∙10⁵*(1,66410^-9)^0,5*0,002/(1–0,727)]^0.5*0,029*[9,66*10^-6/(9,6610^-6+1,010^-3)]^0,5 =0,06м/с

β_xf = 0,06∙ρ_x= 0,06∙996,5 = 59,79 кг/м²∙с

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

β_yf=6,24∙10⁵D_y^0,5(ω/ε)^0.5h₀[μ_y/(μ_y+μ_x)]^0,5= 93,86 м/с

β_yf = 93,86∙ρ_y = 93,86∙1,184 = 111,1кг/м²∙с.

7.Расчёт коэффициентов массопередачи

кг/м²с

где m – коэффициент распределения, равный тангенсу угла наклона равновесной линии.

кг/м²с

8.Определение высоты абсорбера

h – расстояние между тарелками = 0,5

Z_Н – расстояние между нижней тарелкой и днищем = 2,0м

Z_В – расстояние между верхней тарелкой и крышкой = 1,0м (3, с. 235)

9.Тепловой расчет

При растворении газа в жидкости выделяется некоторое количество теплоты. При отсутствии отвода теплоты температура повышается, что ведет к возрастанию равновесного парциального давления компонента, изменению положения линии равновесия, уменьшению движущей силы процесса, ухудшению условий абсорбции.

Практически процесс абсорбции проводится с интенсивным отводом теплоты, чтобы температура раствора в аппарате повышалась незначительно.

Определим температуру газа на выходе из абсорбера, вычислив её по формуле.

q = 47150 Дж/моль

10.Гидравлический расчёт колонны

1. Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

где ζ– коэффициент сопротивления тарелки (для ситчатых тарелок 1,1 – 2,0) примем 1,5.(2, с. 210)

F_c = 0,111 – относительное свободное сечение тарелки. (2, с. 216)

2. Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения

где σ = 23,0*10^-3 Н/м – поверхностное натяжение воды при 25;

d_э = 0,005 м – диаметр отверстий.

3. Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя:

4. Полное сопротивление тарелки:

5. Полное сопротивление колонны:

11.Конструктивный расчёт

1. Определение толщины стенки обечайки:

Обечайки аппарата, работающие под внутренним давлением.

Хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632 – 72

Допускаемое напряжение на растяжение: σ = 148 МПа

Рабочее давление: Р = 0,101 МПа

Коэффициенты прочности сварного шва: φ_ш = 0,95 ручная электродуговая сварка (3, т.14.7)

Поправка на коррозию: С_к = 0,001м = 1 мм

Толщина стенки с учётом прибавки на коррозию

Минимальная толщина стенок корпуса аппарата s=10 мм

Проверка:

Допускаемое давление:

2. Эллиптическая крышка (днище) аппарата.

Найдем толщину днища при R_в = D_в H = 0,25D, где R – радиус кривизны днища, D – диаметр аппарата, H – высота днища без учета цилиндрической отбортовки (3, с.453)

Определим коэффициент ослабления днища отверстиями:

Принимаем толщину днища равную толщине аппарата s = 10 мм

Диаметр заготовки D = 1200 мм

Объем днища V_д = 0,283 м³

Высота борта днища h = 50 мм

Внутренняя поверхность днища F_в = 1,75 м²

Высота эллиптической части h_в = 300 мм

3. Расчет условного диаметра штуцеров.

Штуцер для подвода газа

Принимаем скорость перемещения ω = 15 м/с

Принимаем d = 400 мм

Штуцер для отвода газа:

Принимаем d = 250 мм

Штуцер для входа жидкости в колонну

Штуцер для выхода жидкости из колонны

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта выполнила расчеты тарельчатого абсорбера, который имеет следующие характеристики:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 11-е изд., стереотипное – М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004 – 576 с.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2007 -496 с.

3. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. Под ред. инж. Н.Н. Логинова, 2-е издание, «Машиностроение», 1970 г., 752стр. Табл. 476. Илл.418.

15