48832

Расчёт абсорбера сырого газа

Курсовая

Химия и фармакология

Насадочные колонны являются наиболее распространенным типом абсорбционного аппарата. Это объясняется простотой их устройства, удовлетворительной работой и возможностью применения для агрессивных сред.

Русский

2013-12-29

412.5 KB

9 чел.

Федеральное агентство по образованию РФ

Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал

Кафедра «Технология и механизация производств»

Курсовой проект

по курсу «Технологические процессы и оборудование»

по теме «Расчёт абсорбера сырого газа»

                                                           Выполнил: студент группы АТП – 04(уск.)

                                                                                          Шейкин Е.Г.

                                                           Проверил: преподаватель

                                                                                          Шестаков Е.А.

Березники, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовой проект                                                              3

Введение                                                                                              4

1.Описание технологической схемы                                                5

2.Описание устройства и проектируемого аппарата                      8

3.Материальный баланс                                                                     9

4.Тепловой баланс                                                                            12

5.Технологический расчет                                                               15

6.Конструктивный расчет                                                                20                     

7.Механический расчет                                                                    21

8.Подбор вспомогательного оборудования                                   24

9.Выбор точек контроля и средств автоматизации                       27

Заключение                                                                                        29                 

Список используемой литературы                                                  30

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ:

Необходимо рассчитать скруббер сырого газа, используемый для очистки исходного газа от аммиака в производстве аргона.

Таблица исходных данных:

Наименование

Обозначение

Единицы измерения

Числовое значение

Расход исходного газа

G0

3

9800

Расход жидкости

L0

. м3

4,22

Содержание исходного газа

Водород

H2

%

60

Азот

N2

%

20

Аргон

A2

%

6

Аммиак

NH3

%

4

Метан

CH4

%

10

Содержание поглощаемого компонента:

В исходном газе на входе

Y1

%

4

В исходном газе на выходе

Y2

%

0,0005

В жидкости на входе

X1

%

5

В жидкости на выходе

X2

%

0

Насадка скруббера:

Беспорядочно засыпанные стальные кольца Рашига

.мм

25*25*0,8

Температура исходного газа  на входе

t.1

0С

5

Температура исходного газа на выходе

t.2

0С

10

Температура жидкости на входе

t.1/

0С

10

Температура жидкости на выходе

t.2/

0С

20

Давление исходного газа

p.r

Мпа

3,8

Давление жидкости

p.ж

Мпа

4

 Введение.

В качестве существующей технологии, рассматриваемой в курсовом проекте, является очистка исходного газа от аммиака, которая относится  к процессу абсорбции, т.е. поглощение газа жидким поглотителем, в котором газ более или менее растворим. В абсорбционных процессах участвуют две фазы: жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую.

В качестве аппарата, применяемого при очистке исходного газа от аммиака, используется скруббер(абсорбер), который относится к насадочным колоннам.

Насадочные колонны являются наиболее распространенным типом абсорбционного аппарата. Это объясняется простотой их устройства, удовлетворительной работой и возможностью применения для агрессивных сред.

Но существуют также недостатки:

  1.  Насадочные  колонны обладают большим объемом. Необходим значительный расход электрической энергии на перекачку поглотителя.
  2.  Гидравлическое сопротивление довольно велико и во много раз превышает сопротивление безнасадочных колонн.
  3.  Насадочные колонны мало пригодны для работы на загрязненных газах или жидкостях, т.к. происходит забивание насадки, сопровождающее резким повышением её сопротивления.
  4.  Насадочные колонны мало пригодны для работы с малыми количествами жидкости при больших количествах газа, так как при этом при обычных скоростях газа получается низкая плотность орошения, не обеспечивающая удовлетворительное смачивание насадки.

Насадки должны обладать большой удельной поверхностью, а также большим живым сечение и свободным объемом. Наибольшее распространение находят: хордовая насадка,кольца,кокс и дробленный кварц. По способу укладки различают правильно уложенные и беспорядочно насыпанные насадки.

Насадку загружают или сплошным слоем по всей высоте или несколькими слоями. Насадка покоится на плитах или решетках, в основном металлических.

Для осуществления равномерной подачи орошения применяются следующие устройства: распределительные плиты, желоба, дырчатые трубы, брызгалки «пауки».

По литературным данным, при незначительных плотностях орошения жидкость стекает каплями от одной точки контакта между элементами насадки к другой. При более высоких плотностях имеет место пленочное стекание.

Если колонна работает противотоком, то при некоторой скорости газа ( при неизменном количестве жидкости) происходит захлестывание насадки, при котором стекание жидкости вниз по насадке прекращается и начинается выброс ее из колонны вместе с уходящим газом. Захлестывание является предельным режимом работы колонны, ему предшествует подвисание жидкости, связанное с резким возрастанием количества задерживаемой на насадке жидкости, резким  повышением гидравлического сопротивления и увеличением  действительной скорости газа.

Начало подвисания соответствует оптимальному режиму абсорбции.

При движении газа снизу вверх в противотоке с жидкостью движение жидкости тормозиться газовым потоком. Торможение усиливается при повышении скорости газа до тех пор, пока сила трения газа о жидкость не уравновесит силы тяжести.

Этому состоянию равновесия и соответствует начало подвисания. При дальнейшем увеличении скорости газа сила трения превысит силу тяжести и начнется обращенное движение жидкости снизу вверх, т.е. захлебывание.

  1.  Описание технологического процесса.

Технологический процесс установки разделения остаточных (продувочных и танковых) газов производства аммиака состоит из следующих основных стадий:

-очистки исходного газа от аммиака;

-осушки очищенного газа от влаги;

-низкотемпературного разделения газа;

-компримирования азота;

-слива жидкого продукционного аргона в стационарные ёмкости, хранения и налива в транспортные ёмкости для отгрузки потребителям;

-разгонки аммиачной воды, полученной при очистке исходного газа от аммиака;

-редуцирование пара.

Процесс очистки исходного газа от аммиака основан на абсорбционном методе, где в качестве абсорбента используется вода.

Аммиачная вода поступает на разгонку, при которой происходит десорбция поглощенного водой аммиака. Десорбция осуществляется за счет сдвига равновесия газ-жидкость в сторону уменьшения растворимости газа, что достигается путем повышения температуры аммиачной воды, поступающей на разгонку (десорбцию).

Процесс осушки очищенного газа основан на уменьшении влагосодержания в газе путем абсорбции влаги селикагелем, с последующей периодической десорбцией этой влаги горячим газом.

Разделение многокомпонентной газовой смеси (исходного газа) в конденсаторе и ректификационных колоннах блока разделения с получением аргона, метана, азотоводородной смеси основано на методе глубокого охлаждения многокомпонентной смеси.

Процесс ректификации - физический способ, базирующийся на различии в температурах кипения различных компонентов смеси. Этот процесс требует перехода компонентов через жидкое состояние, а, следовательно, получения и поддержания низких температур.

Холод, требующийся для покрытия потерь этого процесса и создания флегмы для конденсации газов в ректификационных колоннах и в дефлегматорах, обеспечивается азотным холодильным циклом.

Сущность процесса получения промывной воды основан на принципе деазрации (дегазации) воды с целью удаления из нее растворенных газов (кислорода, углекислоты).

Деазрация воды осуществляется термическим способом, основанным на уменьшении растворимости  в воде газов с понижением их парциальных давлений в  пространстве над водой, для чего ее доводят до температуры кипения при данном давлении.

Очистка исходного газа от аммиака.

Смесь продувочных танковых газов с агрегатов синтеза аммиака в количестве 6000-10000 м3\ч с давлением 3,2-4,0 Мпа (32-40 кгс\см2) и температурой 5-35С поступает в нижнюю часть скруббера К 1001.

Для поддержания необходимой температуры исходного газа на входе в скруббер К 1001 предусмотрен паровой подогреватель W 1002. При необходимости температуру исходного газа можно регулировать, используя байпасную линию мимо подогревателя W 1002.

Скруббер К 1001 имеет по высоте три секции насадки из колец Палля, верхний – четвертый пакет служит сепаратором – отбойником капельной влаги. На орошении насадки насосами Р 1001 A/B/C  подается промывная вода через аммиачный холодильник W 1001, где охлаждается до температуры 5-120С с давлением 3,4-4,0 Мпа (34-40 кгс/см2) в количестве 3,2-6,0 м3/ч.

При расходе воды 3,0 м3/ч срабатывает сигнализация, при расходе 2,0 м3/ч срабатывает блокировка, при которой закрываются электрозадвижки Н-1050, НСУ-1 и отсекатели НСУА-1-101 А/В на исходном газе. Охлажденная промывная вода, стекая вниз по насадке скруббера К1001, контактирует с поднимающимся вверх исходным газом и абсорбирует из него аммиак.

Очищенный от аммиака и насыщенный водяными парами исходный газ выводится из верхней части скруббера К 1001 и направляется на осушку. Объемная доля аммиака в очищенном газе не должна превышать 5х10-4%, контролируется после скруббера К 1001 анализом Q 16.

По мере стекания вниз по скрубберу промывная вода насыщается аммиаком, в кубе скруббера собирается аммиачная вода с массовой долей не более 5%.

Уровень в кубе скруббера поддерживается 35-55%, при повышении уровня до 60% и при понижении до 30% срабатывает сигнализация предельных значений.

Из куба скруббера К 1001 аммиачная вода с давлением не более 1,6 Мпа (16 кгс/см2) направляется на установку разгонки аммиачной воды для чистки от аммиака или дальнейшей переработки в корпус 113.

Жидкий аммиак для охлаждения промывной водой  в холодильнике W 1001 подается из корпуса 662, в холодильнике W 1001 аммиак кипит при давлении 0,33-0,35 Мпа (3,3-3,5 кгс/см2), охлаждая воду до температуры 5-120С.

Уровень жидкого аммиака в холодильнике W 1001 поддерживается 15-45%, при повышении уровня более 50% и при понижении менее 10% срабатывает сигнализация.

Газообразный аммиак из холодильника W1001 направляется на склад аммиака, а накапливающаяся влага отводится через сборник аммиачной воды Е-6 в дренажную емкость Е-5.

Для ведения технологического режима в схеме очистки исходного газа от аммиака предусмотрены автоматические регуляторы:

PIC 10 – для обеспечения температуры промывной воды подержанием давления испарения аммиака в холодильнике W 1001.

PIC 1 – для предотвращения повышения давления исходного газа на входе в установку сверх допустимого путем сброса газа в коллектор горючих газов.

LICA 4 – для автоматического поддержания уровня аммиачной воды в кубе скруббера К 1001 изменением ее отбора.

LICA 8– для автоматического поддержания уровня жидкого аммиака в холодильнике W 1001 изменением его подачи.

LICA 8– максимальный и минимальный уровни жидкого аммиака в холодильнике W 1001.

Для ведения технологического режима в схеме предусмотрена индикация следующих параметров:

QIR3-концентрация входящих газов;

TIR6-температура входящих газов;

FIRA7-контроль и сигнализация расода воды на орошение;

TIR12-контроль температуры орошаемой воды;

PIR13,14-давления очищенного исходного газа  на входе в абсорберы;

TIR15- Температуры на выходе процесса;

QIR16-Влаги на выходе процесса;

TIR17- контроль температуры регенерирующего газа на входе в абсорбера;

PIR18-контроль давления регенерирующего газа на входе в абсорбера;

FIR19-контроль расхода пара,т.к пар является  хоз.расчётным параметром.

2.ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО АППАРАТА.

В качестве проектируемого аппарата используется скруббер сырого газа, а именно насадочная колонна К1001, которая предназначена для очистки исходного газа от аммиака с дальней осушкой очищенного газа и направление его на низкотемпературный блок разделения газов, где в конечном итоге получается аргон жидкий и газообразный, азотоводородная и метановая фракции.

Работа насадочной колонны основана на абсорбционном методе очистки. Газ поступает снизу, а промывная вода сверху. Вода, стекая по насадке, контактирует с поднимающимся газом и абсорбирует из него аммиак.

Насадочная колонна К1001 состоит из следующих деталей: крышки, цилиндрической обечайки,3х секций насадки из стальных колец Рашига, металлической решетки, на которой укладывается насадка, загрузочных и выгрузочных люков  для загрузки и выгрузки насадки, днища, основной плиты, а также подъемной лапки и подъемного ушка. Еще в колонне имеется куб скруббера, в котором скапливается аммиачная вода, которая в дальнейшем направляется в корпус 113 цеха3.<2>

3.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС.

Запишем в общем виде уравнение материального баланса для процесса абсорбции:

M= G0 (Y1-Y2)= L0 (X1-X2),                                                                        (1)

M= G0 (Y1-Y2)-количество компонента, перешедшего из фазы G;

M= L0 (X1-X2)-количество компонента, перешедшего  в фазу L;

 G0- объемный расход исходного газа, м3

 L0 - объемный расход жидкости , м3

Выразим содержание поглощаемого компонента в весовых долях:

Y1=                                                                              

Y2=

X2=0

X1=X2+                                                                                              (2)

где l-удельный расход поглотителя.

L=                                                                                                            (3)

Переводим G0 и L0 из объемных единиц в массовые:

G=G0*исх.г.  ,  где                                                                                                                          (4)

исх.г. -плотность исходного газа, которая определяется:

исх.г.=H2*0,06+N2*0.02+A2*0.06+NH3*0.04+CH4*0.01,где              (5)      

H2=0.0899кг/м3-плотность водорода, кг/м3;

N2=1.25 кг/м3-   плотность азота, кг/м3;

A2=1.78 кг/м3 – плотность аргона, кг/м3;

NH3=0.77 кг/м3 -плотность аммиака, кг/м3;

CH4=0.72 кг/м3  -плотность метана, кг/м3;

исх.г.=0.0899*0.6+1.25*0.2+1.78*0.06+0.77*0.04+0.72*0.1=0.5045кг/м3

G=9800*0.5045=4944.84кг/ч1.4 кг/с

L=L0*ж, где

ж- плотность жидкости(1000 кг/м3)

L=4.22*1000=4220кг/ч1,17(2) кг/с

L=(кг/кг поглотителя)

X1=

Уравнение рабочей линии:

Y=Y2+l(X-X2)=0.000005+0.853(X-0)=0.000005-0.853X                (6)

Количество компонента, перешедшего из фазы G:

M=G(Y1-Y2)=4944.84(0.041(6)-0.000005)=210 кг/ч

Количество компонента, перешедшего  в фазу L:

M=L(X1-X2)=4220(0.0488-0)=210 кг/ч

В общем виде:

G(Y1-Y2)=L(X1-X2)

210 кг/ч=210кг/ч – верно

Распишем по каждому компоненту исходного газа массовые расходы:

Приход.

H2=H2*0.6*G0=0.0899*0.6*9800=528.6 кг/ч

N2=N2*0.2*G0=1.25*0.2*9800=2450 кг/ч

A2=A2*0.06*G0=1.78*0.06*9800=1046.64 кг/ч

NH3=NH3*0.04*G0=0.77*0.04*9800=214 кг/ч

CH4=CH4*0.1*G0=0.72*0.1*9800=705.6 кг/ч

Итого:Gобщ прих=528,6+2450+1046,64+214+705,6=4944,84 кг/ч

В % отношении:

H2=

N2=

A2=

NH3=

CH4=

Итого получаем в приходе: 10,7+49,5+21,2+4,3+14,3=100%

При расходе меняется лишь массовый расход аммиака:

NH3=NH3*0.000005*9800=3.77 кг/ч

Значит аммиака перешло в жидкую фазу L в количестве M=214-3,77=210,23 кг/ч

Итого: Gобщ.расх.=528,6+2450+1046,64+3,77+705,6=4734,61 кг/ч

В % отношении

H2=

N2=

A2=

NH3=

CH4=

Итого получаем в расходе: 11,2+51,75+22,11+0,08+14,9=100%

Расход исходного газа на выходе равен:

G0 вых=9800-M/NH3=9800-=9408 м3

Распишем % содержание компонентов исходного газа на выходе и получаем:

H2=

N2=

A2=

NH3=0.0005%

CH4=

Итого получаем на выходе: 62,5+20,8+6,3+0,0005+10,4=100%

Массовый расход воды в приходе равен:

Lвх=4220 кг/ч, что составляет 100%

В расходе к массовому расходу воды добавляется количество аммиака, перешедшее из фазы G  в фазу L, т.е. –210,23 кг/ч.

В результате получаем:

Lвых=4220+210,23=4430,23 кг/ч.

В общем виде получаем массовые расходы и воды и исходного газа:

Приход :

Vобщ.вх.=4944,84+4220=9164,84 кг/ч

Расход :

Vобщ.вых.=4430,23+4734,61=9164,84 кг

Все данные вносим в итоговую таблицу2 материального баланса:

ПРИХОД

РАСХОД

Компоненты

%

кг/ч

%

Компоненты

%

кг/ч

%

H2

60

528,6

10,7

H2

62,5

528,6

11,2

N2

20

2450

49,5

N2

20,8

2450

51,75

A2

6

1046,64

21,2

A2

6,3

1046,64

22,11

NH3

4

214

4,3

NH3

0,0005

3,77

0,08

CH4

10

705,6

14,3

CH4

10,4

705,6

14,9

ИТОГО

100

4944,84

100

ИТОГО

100

4734,64

100

H2O

100

4220

100

H2O+NH3

100

4430,23

100

ИТОГО

100

4220

100

ИТОГО

100

4430,23

100

Итого по всем компонентам

9164,84

100

Итого по всем компонентам

9164,84

100

4.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Записывается в общем виде:

Q1+Q2+Q=Q3+Q4+Q0;                                                                             (6)

где Q1-тепло, вносимое поступающим газом;

       Q2-тепло, вносимое поступающей жидкостью;

       Q3-тепло, уносимое уходящим газом;

       Q4- тепло, уносимое жидкостью;

       Q-тепло, выделяющееся при абсорбции;

       Q0-тепло отводимое в процессе абсорбции, включая потери в                                                                                                                                                окружающую среду.

Q1=Gвх*C1*t1;                                                                                            (7)

где С1-теплоемкость исходного газа на входе.

C1=CH2*0.6+CN2*0.2+CA2*0.06+CNH3*0.04+CCH4*0.1                    (8)          

Где:CH2=14.25кДж/кг*град плотность водорода, кг/м3;

      CN2=1.05 теплоемкость азота, кДж/кг*град;

      CA2=0.53 теплоемкость аргона, кДж/кг*град;

      CNH3=2.22 теплоемкость аммиака, кДж/кг*град;

      CCH4=2.22 теплоемкость метана, кДж/кг*град).

C1=14.25*0.6+1.05*0.2+0.53*0.06+2.22*0.04+2.22*0.1=9.1 кДж/кг*град

t-температура исходного газа на входе (t1=50C)

Q1=1.4*5*9.1=63.7кДж;

Q2-тепло, вносимое поступающей жидкостью

Q2=Lвх*C2/*t1/; где С2/- теплоемкость поглотителя на входе (из таблицы С2/=4,23 кДж/кг*град)

.t1/-температура жидкости на входе (t1/=100C)

Q2=1.17(2)*10*4.23=49.6кДж

Q3-тепло, уносимое уходящим газом

Q3=Gвых*C2*t2,где

Gвых- массовый расход газа на выходе;

Gвых=исх.г.вых*G0 вы;х;

исх.г.вых.=H2*0.625+N2*0.208+A2*0.063+CH4*0.104=0.0899*0.625+1.25*0.208+1.78*0.063+0.72*0.104=0.5032кг/м3

Gвых=0,5032*9408=4734,61кг/ч=1,315кг/с

С2-теплоемкость исходного газа на выходе;

C2=CH2*0.625+CN2*0.208+CA2*0.063+CCH4*0.104=9.4 кДж/кг*град

.t2-температура исходного газа на выходе (t2=100C);

Q3=1.315*9.4*10=123.6 кДж

Q4- тепло, уносимое жидкостью

Q4=Lвых*C1/*t2/;где Lвых- массовый расход жидкости на выходе;

Lвых=4430,23 кг/ч=1,23кг/с

С1/- теплоемкость поглотителя на выходе (из справочных таблиц С1/=4,19 кДж/кг*град)

.t2/- температура жидкости на выходе (t2/=200C)

Q4=1.23*20*4.19=103.1 кДж

Q-тепло, выделяющееся при абсорбции

Q=M*q; где q-дифференциальная теплота растворения (q=2070 кДж/кг)

Q=0.058(3)*2070=120.8кДж

Q0-тепло отводимое в процессе абсорбции, включая потери в окружающую среду.

Q0=Q1+Q2+Q-Q3-Q4=63.7+49.6+120.8-123.6-103.1=7.4кДж

В конечном итоге получаем:

Q1+Q2+Q=Q3+Q4+Q0

63.7+49.6+120.8=123.6+103.1+7.4

234.1=234.1 –верно

Распишем % содержание всех теплот как  в приходе, так и в расходе, относительно общей теплоты.

В результате получаем:

Q1=

Q2=

Q3=

Q4=

Q=

Q0=

Итого в приходе: 27,2+21,2+51,6=100%

В расходе: 52,8+44,04+3,16=100%

Все данные вносим в итоговую таблицу3 теплового баланса:

ПРИХОД

РАСХОД

Название

кДж

%

Название

кДж

%

Q1-тепло вносимое поступающим газом

63,7

27,2

Q3-тепло уносимое уходящим газом

123,6

52,8

Q2- тепло вносимое поступающей жидкостью

49,6

21,2

Q4-тепло уносимое уходящей жидкостью

103,1

44,04

Q-тепло выделяющееся при абсорбции

120,8

51,6

Q0-тепло отводимое в процессе абсорбции включая потери в окр.среду

7,4

3,16

Итого

234,1

100

Итого

234,1

100

5.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

Он сводится  к нахождению основных  размеров аппарата.

В первую очередь определяем среднюю движущую силу процесса.

Строим графики рабочей линии и линии равновесия.

Y=0.000005+0.853X- уравнение рабочей линии.

Линию равновесия  строят, исходя из уравнения:

Y*= где                                                                        (9)

Y*-равновесная концентрация компонента в газовой фазе;

MNH3=молекулярная масса аммиака (MNH3=17)

Mr-молекулярная масса всего исходного газа

Mr=MH2*0.6+MN2*0.2+MA2*0.06+MNH3*0.04+MCH4*0.1(MH2=2; MN2=28; MA2=39.9; MNH3=17; MCH4=16)

Mr=2*0.6+28*0.2+39.9*0.06+17*0.04+16*0.1=11.5

*=*X;где -коэффициент пропорциональности имеющий размерность давления (из справочных данных =0.485ат)

Х -концентрация компонента в жидкой фазе.

При Х1=0,01:

1*=0.485*0.01=0.00485 ат (3,7 мм рт.ст)

Y1*=

При Х2=0,02

2*=0.485*0.02=0.097 ат(7,37 мм.рт.ст)

Y2*=

При Х3=0,03

3*=0.485*0.03=0.01455 ат(11,06 мм рт.ст)

Y3*=

При Х4=0,04

4*=0.485*0.04=0.0194 ат (14,74 мм рт.ст)

Y4*=

При  Х5=0,05

5*=0.485*0.05=0.024ат (18,43 мм рт.ст)

Y5*=

При Х6=0,06

6*=0.485*0.06=0.291 ат (22,12 мм рт.ст.)

Y6*=

По полученным концентрациям строим графики.

По графику находим:

y1=YH-YH*=0.041(6)-0.0364=0.005266

y2=YK-YK*=0.000005,т.к. Y2K*=0

x1=XK*-XK=0.0564-0.0488=0.0076

x2=XH*-XH=0.0004,т.к. Хн=0

Находим  среднюю движущую силу для газовой и жидкой фазы:

yср=                                                 (10)

Xср=

Находим коэффициенты массопередачи:

Кх=                                                                                    (11)

Ку=                                                                                  

Где m-коэффициент распределения

.m=

x  и y- коэффициенты массоотдачи.

Коэффициенты массоотдачи находятся через критерий Нусельта

NU/=

x=                                                                                    (12)

y= где

dэкв- эквивалентный диаметр

dэкв=                                                                                           (13)

где Vсв- свободный объем насадки (из справочника Vсв=0,92м33)

- удельная поверхность насадки (из справочника =220 м33)

dэкв=

DЖ- коэффициент диффузии аммиака в воде (по справочнику он равен 0,0017*10-6м2/с)

Dr- коэффициент диффузии аммиака в воздухе (по справочнику он равен 0,175*10-4м2/с)

Критерии  NUЖ/ и NUг/ находятся через критерии Рейнольдса  Reг  и Reж, а также через диффузионный критерий Прадтля Prг/ и Prж/

Для начала определим диаметр колонны.

.dK=                                                                                          (14)

где SK-площадь колонны                                                           

SK=                                                                                               15)

где V-действительный объем газа в колонне.

V=                                                                                    (16)

где P0,T0-давление и температура газа при нормальных условиях;

V0-объемный расход газа (9800 м3/ч)

Р- давление газа(3,8 мПа)

V=

W- рабочая скорость газа (м/c)

W=(0.6-0.85)Wп, где Wп- скорость газа в точке инверсии фаз (м/с).

Она находится по формуле:

lg                                     (17)

где

g-ускорение свободного падения (9,81 м/с2)

п- плотность газа (0,5045 кг/м3)

-вязкость жидкости ( из справочника 1,308*10-3 нс/м2)

ж- плотность жидкости (1000 кг/м3)

А=0,022 (для процесса абсорбции)

Lg=

Lg 

WП=0,76 м/с

W=(0.6-0.85)Wп=0,46 м/с

В нашем случае принимаем скорость  газа W=0.2 м/с

SK=

.dk=

Принимаем  dK=0.8 м(800мм)

Определяем критерии Нусельта

NUГ/=0.027*Reг0,8*(Prг/)0,33

Reг=                                                                                       (18)

Где:

г-вязкость исходного газа (Н*с/м2)

г='H2*0.6+N2*0.2+A2*0.06+NH3*0.04+CH4*0.1)*10-6

где(H2=8.42 Н*с/м2;N2=17 Н*с/м2,A2=20.9 Н*с/м2,NH3=9.18 Н*с/м2,CH4=10.3 Н*с/м2)

Г(8.42*0.6+17*0.2+20.9*0.06+9.18*0.04+10.3*0.1)*10-6=11.1*10-6 Н*с/м2

Reг==165

Prг/=

NUг=0,027*1650,8*(1,26)0,33=2

y=

NUЖ/=0,65*Reж0,78*Prж0,5                                                                                                                                 (19                   

Reж=

где Г- линейная плотность орошения;

Г=                                                                                               (20)

где L-расход жидкости (1,17(2) кг/с)

П- периметр поверхности, по которой движется пленка

П=*dK, П=3,14*0,8=2,5 м

Г=

Reж=

Prж/=

NUж/=0,65*15290,78*7690,5=5492

Х=

Находим коэффициенты массопередачи:

Кх=                                                              (21)

Ку=

Определяем поверхность контакта фаз из основного уравнения массопередачи

M=KX*F*Xср                                                                                      (22)

где M-количество аммиака перешедшее из фазы G в фазу L  в массовом отношении (М=392 м2/ч= 0,108 м3/с).

F=

Находим объем насадки:

VH=                                                                              (23)

Определяем высоту насадки:

HH=                                                 (24)

Делим всю высоту насадки на 3 секции по 4,2 метра.

Высота верхней части скруббера равна:

Hв=HH*0.1=12.6*0.1=1.26м

Высота кубовой части скруббера равна:

Hкуб=HH*0.3=3.78 м

Общая высота скруббера равна:

Hобщ=Hв+Hн+Hкуб=12,6+1,26+3,78=18м=18000мм

6.КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

Расчет фланцев:

Фланцы рассчитываются на выходе и входе газа и жидкости в скруббер.

  1.  Находят условный проход, а именно диаметр водяного фланца.

 Dyж=где S-площадь сечения

S=

где V-объемный расход воды (4,2 м3/ч=0,00116 м3/с)

W- скорость воды (м/с)

W=                                              (25)

S=, отсюда

Dyж==0,042 м

Принимаем 40мм.

  1.  Находят условный проход газового фланца:

 Dyг=где S= где V=0,075 м3

W-скорость газа. Принимаем 10м/с

Итак получаем:

S= откуда

Dyг==0,0977м100мм

Штуцера.

Для осуществления разъемного присоединения труб на аппарате обычно предусматривают штуцера (фланцевые и резьбовые). Фланцевые применяются при Dy10мм, резьбовые при Dy10мм.

Согласно табличным значениям получаем вылеты фланцевых штуцеров:

  1.  для газа : lг=175 мм;
  2.  для жидкости l=125мм.

  1.  МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Все физико-химические процессы, осуществляемые  в химических аппаратах прежде всего требуют наличия емкости, ограниченной корпусом. Эти корпуса должны быть достаточно прочными и герметичными.

Главным составным элементом корпуса является обечайка- наиболее материалоемкий и ответственный узел (деталь) любого химического аппарата.

Выбираем цилиндрическую обечайку.

Определяем толщину стенки:

S/=DH*/(2*-)+C                                                                          (26)

где DH-наружный диаметр колонны(0,8м)

       - расчетное давление, принимается:

=С+ж

где С- давление среды, т.е. исходного газа (3,8*106 Н/м2).

ж- гидростатическое давление.

ж=10*жж

где Нж- высота насадки (12,6м)

ж= 1000*10*12,6=0,126*106 Н/м2

=(3,8+0,126)*106=4*106Н/м2

- коэффициент прочности швов (0,9)

С- прибавка на коррозию, эрозию с учетом срока службы аппарата и минусовый допуск по толщине листа.

С=С123 ,

где С1- прибавка на коррозию (из справочника)

С1=П*                                                                                             (27)

где П- проницаемость материала в среде (0,04 мм/год)

      - амортизационный срок (выбираем примерно 30 лет)

С1=30*0,04=1,2*10-3м

С2-прибавка на эрозию (в основном принимается С2=0)

С3-прибавка на минусовой допуск по толщине листа ( по справочнику С3=0,8*10-3м)

С=(1,2+0+0,8)*10-3=2*10-3м

- допускаемое напряжение для углеродистой стали по пределу прочности определяем:

=(В/nВ)*                                                                                     (28)

Где:В=380 мН/м2(из справочника)

nВ- запас прочности (12,3)

- поправочный коэффициент (0,9)

=(380*106/2,6)*0,9=131*106 Н/м2

допускаемое напряжение по пределу текучести определяем:

=(т/nт)* где

т-=240*106 Н/м2(из справочника)

nт-запас прочности(1,5)

=(240*106/1,5)*0,9=144*106Н/м2

Первое как меньшее является расчетным.

S/=

Принимаем S/=16мм.

Во всех случаях принятая толщина стенки цилиндрической обечайки S/ подлежит контрольной проверке на напряжение в ней при гидравлическом испытании аппарата по формуле:

=                                                                (29)

где:

РU-расчетное испытательное давление.

Рuгжид

Где: Рг-пробное гидравлическое давление (из справочника

Рг=Р+0,3=4,3*106 Н/м2)

Рu=(4.3+0.126)*106=4.426*106 Н/м2

=

что<

Днища.

Одной из рациональных форм днищ в цилиндрических аппаратах является эллиптическая форма.

Расчетная толщина стенки днища S/ подверженная внутреннему давлению равна:

S/=где                                                             (30)

DH-наружный диаметр днища (1,2м)

HH-высота выпуклой части днища (по справочнику hH=0.3м)

-коэффициент прочности швов (0,9)

k-безразмерный коэффициент

k=1-                                                                                                     (31)

где   d-диаметр отверстия в днище (dотв=0,24м)                                                                                     

k=1-

S/=

Прибавку С при S/-C=14.53>10мм принимаем с увеличением на 1 мм

С=(2+1)*10-3=3*10-3м

Общая толщина стенки равна

S/=(16.53+3)*103=19.53*10-3 м принимаем S/=20мм

Условное обозначение: «Днище 1200-20»

Проверка на гидравлическое испытание:

=

=

Крышка.

При расчете эллиптических фланцевых крышек определяем расчетную толщину:

S/= где

Р=4*106 Н/м2

DH=0.8м

=0,9

=131*106 Н/м2

dотв=0,1

hH=0.2м (из справочника)

прибавка С=3*10-3м

k=1-

S/=

Принимаем S/=18мм

Проверка на гидравлическое испытание.

=

=что <

Условное обозначение: «Крышка 800-18»

     8.Подбор вспомогательного оборудования

    Подобрать насос для перекачивания воды при температуре 20 °С из отделения водоснабжения в холодильник, работающий под избыточным давлением 4,0 Мпа. Расход жидкости1.17 кгс. Геометрическая высота подъёма жидкости 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания 15 м, на линии нагнетания 40 м.

    Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости.

Выбор трубопровода

    Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 2 мс. Тогда диаметр равен:

                                                    (32)

 где:G-расход жидкости/ кгс;

     w- скорость течения жидкости мс;

     ж- плотность жидкости(1000 кг/м3)

    Выбираем стальную трубу наружным диаметром 38 мм, толщиной стенки

2 мм (по таблице). Внутренний диаметр трубы d = 0.034 м. Фактическая скорость воды в трубе:

м/с                                                   (33)

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

Определение потерь на трение местные сопротивления

                                                     (34)

т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной =210-4 м. Тогда:

Далее получим:

    Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет следует проводить по формуле:

                                                                            (35)

    Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:

сумма коэффициентов во всасывающей линии

вс=0.5+1+1.12+30.830.92=6

сумма коэффициентов в нагнетательной линии

н=0.5+1+1.12+24.8=13.3

    Потерянный напор во всасывающей и нагнетательной линии находим по формуле:

                                                                         (36)

Общие потери напора:

hп=hп вс+hп наг=1.9+2.83=4.73                                                                       (37)

Выбор насоса.

    Находим потребный напор насоса по формуле:

                                                                             (38)

    Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

    Полезную мощность насоса определим по формуле:

Nп=gQH = 9.832.61.1389 = 363.9 Вт = 0.364 кВт                                  (39)

    Примем пер=1 и н=0.6 (для центробежного насоса средней производительности), найдём по формуле мощность на валу двигателя:

кВт                                                                (40)

    По таблице устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных условиях работы Q=5.510-3 м3/с, Н=34.4 м, н=0.5. Насос обеспечен электродвигателем ВА 0-52-2 номинальной мощностью Nн=13 кВт, дв=0.87. Частота вращения вала n = 48.3 с-1.

Определение предельной высоты всасывания

Рассчитаем запас напора на кавитацию:

hз=0.3(Qn2)2/3=0.3(1.44510-348.32)2/3=0.6744 м

    По таблицам давлений насыщенного пара найдём, что при 20 °С pt=12025 Па.

Примем, что атмосферное давление равно р1=105 Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода. Тогда по формуле найдём:

                                                         (41)

Таким образом, расположение насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости вполне возможно.

Выбираем насос:

Выбор насоса для отвода кубового остатка и дистиллята

                                                                                                                         Таблица 4

Q расчетное, м3

Марка

Q , м3

Н, м

n, с-1

н

Электродвигатель

тип

Nн,кВт

1.Qкуб.ост=0.719/785

=0.9210-3

Х 8/18

2.410-3

11.3

48.3

0.4

АО2-31-2

3

2.Qдист=0.42/785 =

=5.3510-4

Х2/25

4.210-4

25

50

-

АОЛ-12-2

1.1

9.Выбор точек контроля и средств автоматизации

Для ведения технологического режима в схеме очистки исходного газа от аммиака предусмотрены автоматические регуляторы:

PIC 10 – для обеспечения температуры промывной воды подержанием давления испарения аммиака в холодильнике W 1001.

PIC 1 – для предотвращения повышения давления исходного газа на входе в установку сверх допустимого путем сброса газа в коллектор горючих газов.

LICA 4 – для автоматического поддержания уровня аммиачной воды в кубе скруббера К 1001 изменением ее отбора.

LICA 8– для автоматического поддержания уровня жидкого аммиака в холодильнике W 1001 изменением его подачи.

LICA 8– максимальный и минимальный уровни жидкого аммиака в холодильнике W 1001.

Для ведения технологического режима в схеме предусмотрена индикация следующих параметров:

QIR3-концентрация входящих газов;

TIR6-температура входящих газов;

FIRA7-контроль и сигнализация расода воды на орошение;

TIR12-контроль температуры орошаемой воды;

PIR13,14-давления очищенного исходного газа  на входе в абсорберы;

TIR15- Температуры на выходе процесса;

QIR16-Влаги на выходе процесса;

TIR17- контроль температуры регенерирующего газа на входе в абсорбера;

PIR18-контроль давления регенерирующего газа на входе в абсорбера;

FIR19-контроль расхода пара,т.к пар является  хоз.расчётным параметром.

При выборе средств измерений будем использовать однотипные приборы, что  даёт значительные эксплуатационные преимущества, как с точки зрения настройки, так и при техническом обслуживании и ремонте.

Для измерения расхода в качестве датчика используем диафрагму камерную, величина условного прохода зависит от измеряемого расхода. В комплекте с диафрагмой работает дифманометр «Сапфир 22 ДД». Преимущества этого прибора в том, что он имеет на выходе унифицированный токовый сигнал и достаточно надёжен в работе, а также обладает достаточно хорошей стабильностью показаний.

Для измерения температуры используются термометры сопротивления медные ТСМ – 50М для измерения температуры до 100 0С, для измерения температуры 0 – 300 0С,-200 – 50 0С применим платиновые термометры сопротивления ТСП – 100П. Для преобразования сигнала ТСМ или ТСП в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА используем нормирующий преобразователь П282.

Для измерения избыточного давления используем «Сапфир 22 ДИ» с токовым выходом 4-20 мА.

Для измерения уровня используем уровнемер «Сапфир 22 ДУ» с токовым выходом 4-20 мА. Управляющий токовый сигнал с выхода «Ломиконта Л-112» подается на электро-пневмопреобразователь ЭПП-Ех , с которого сигнал подается на  мембранный исполнительный механизм. Ломиконт – это устройство управления, выполненные на микропроцессорной элементной базе для решения задач автоматического управления (ТП) технологического процесса. Ломиконт обрабатывает дискретные, аналоговые входные сигналы, выполняет операции управляющей логики, имеет таймеры и счетчики, выполняет статические и динамические преобразования сигналов. Данный контроллер обеспечивает фильтрацию сигналов, их интерполяцию, интегрирование, а также выполняет все операции управляющей логики. Позволяет осуществить достаточно сложные алгоритмы управления и законы регулирования, оперируя с дискретными, аналоговыми и импульсными входными и выходными сигналами, что важно для создания многофункциональной системы управления технологическим процессом.

«Ломиконт Л – 112» является программируемым изделием. Язык программирования – МИКРОЛ. Все структуры запрограммированных управляющих контуров в течение периода эксплуатации могут изменяться и дополняться, т.е. не имеют жёстко фиксированных связей.

    Контроллер работает со стандартными унифицированными входными и выходными сигналами.

 Заключение.

На основании расчетов проведенных в курсовом проекте, были получены следующие размеры:

1.Диаметр колонны dk=800мм;

2.Высота колонны Hобщ=18000мм;

3.Объем насадки VH=6.3м3

4.Высота насадки НН=12600мм;

5.Количество поглощенного аммиака =210 кг/ч;

6.Гидравлическое сопротивление:

а) сухой насадки Р0сух=293,9 Н/м2 ;

б) орошаемой насадки Ророш=755 Н/м2 ;

7. Условный проход:

а) для газового фланца Dуг=100мм;

б) для водяного фланца Dуж=40мм;

8. Толщина стенки

а) цилиндрической обечайки S/=16мм;

б) крышка S/=18мм;

в) днища  S/=20мм.

Отсюда можно сделать вывод что приведенные расчеты совпадают с исходными размерами применяемыми в данном производстве, а именно очистке исходного газа от аммиака в производстве аргона

Расчёт производился в соответствии с источником 1.

Список использованных источников

1,Гельперин Н.И. “Основные процессы и аппараты химической технологии”, изд-во Москва: ХИМИЯ, 1981 г.

2,Технологический регламент ОАОАзот


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49821. ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ 1.07 MB
  Вибір кількості потужності і розташування цехових трансформаторних підстанцій Вибір та порівняння варіантів компенсації реактивної потужності Попереднє визначення розрахункових електричних навантажень економічно доцільної величини споживання реактивної потужності від електроенергетичної системи Qе орієнтовної кількості й потужності трансформаторів цехових ТП і розподільчих пристроїв. Вибір кількості та потужності трансформаторів цехових ТП компенсувальних устав КУ і розподільних пунктів РП.
49822. Значення мотивації для процесу управління. Методи та способи мотивації в управлінській діяльності 233.5 KB
  Визначити поняття «мотивація»; Проаналізувати основні мотиваційні теорії; Визначити роль потреб у процесі мотивації; Дослідити конкретні методи та способи мотивації персоналу в управлінській діяльності; Розкрити процес формування комплексної мотивації в сучасних умовах.
49823. Нейролінгвістичне програмування (НЛП) та управління колективом 176 KB
  Теоретичні засади НЛП в управлінні колективом організації. НЛП як інструмент управління колективом. Сфера застосування та цілі НЛП.
49824. Тактика прийняття управлінських рішень в складних ситуаціях 223.5 KB
  Характеристика рішення в психології управління. Поняття процесу управлінського рішення і його види. Етапи прийняття рішення в складній ситуації. Процес прийняття управлінського рішення керівником в залежності від його психологічних якостей.
49825. Стратегія управління стресом. Профілактика стресів та стратегія виходу зі стресових ситуацій 215 KB
  Виникнення стресу. Стрес його сутність та види. Причини виникнення стресів та динаміка розвитку внутрішнього напруження під час стресу. Висновки та рекомендації Список використаної літератури Додатки Вступ Переважна більшість людей в сучасному суспільстві знаходиться під впливом стресу бо у часи науковотехнічної революції в які ми живемо посилюється психічна діяльність людей. Тому й виникає проблема емоційного стресу тобто напруження і перенапруження...
49826. Использование нейронных сетей на рынке недвижимости 850.5 KB
  Представлен результат нейросетевого моделирования в графиках указывается ошибка обучения а также выведен закон зависимости цен на квартиры от удаленности от центра. Сама нейросеть представляет собой набор специальных математических функций с множеством параметров которые настраиваются в процессе обучения на прошлых данных. Другая существенная особенность нейронных сетей состоит в том что зависимость между входом и выходом находится в процессе обучения сети. Самые продвинутые симуляторы позволяют конструировать НС с экзотическими...
49827. Работа с базами данных в сети 214.5 KB
  База данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации. В современных базах данных хранятся не только данные, но и информация. Это утверждение легко пояснить, если, например, рассмотреть базу данных библиотеки.
49828. Использование аппарата нейронных сетей для прогнозирования индекса потребительских цен 174.5 KB
  Индексы цен производителей широко используются в процессе экономического анализа и прогнозирования в том числе в прогнозе материальных и других затрат потребителей и выделении ценового фактора при анализе динамики показателей прогнозировании промежуточного потребления в счете ВВП а также при оценке последствий реализации мер экономической политики. Анализ и прогнозирование индексов потребительских цен необходим для анализа динамики...