Леканова Т.Л., Казакова Е.Г. Расчет абсорбционных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт – филиал государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургская

государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова»

Кафедра теплотехники и гидравлики

РАСЧЕТ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Методическое пособие по курсовому проектированию

по дисциплинам «Процессы и аппараты химических технологий»,

«Гидравлика и теплотехника» для студентов всех форм обучения

направлений подготовки дипломированного специалиста 240406 – Техно-

логия химической переработки древесины, 280201 – Охрана окружающей

среды и рациональное использование природных ресурсов и направлений

подготовки бакалавра 240100 – Химическая технология и биотехнология,

280200 – Защита окружающей среды

Самостоятельное электронное учебное издание

Сыктывкар 2010

УДК 630.86

ББК 65.9(2)304

Р24

Рассмотрено и рекомендовано к изданию в электронном виде кафедрой теплотехники и гидрав-

лики Сыктывкарского лесного института.

Утверждено к опубликованию в электронном виде советом технологического факультета Сык-

тывкарского лесного института.

Составители: Т. Л. Леканова, кандидат химических наук, доцент;

Е. Г. Казакова, ст. преподаватель

Отв. редактор: Л. С

. Кочева, доктор химических наук, профессор

Рецензент: Т. П. Щербакова, кандидат химических наук (Институт химии Коми НЦ УрО РАН)

Р24

РАСЧЕТ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК [Электронный ресурс] :

методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплинам

«Процессы и аппараты химических технологий», «Гидравлика и теплотех-

ника» для студентов всех форм обучения направлений подготовки дипломи-

рованного специалиста 240406 – Технология химической переработки дре-

весины, 280201 – Охрана окружающей среды и рациональное использование

природных ресурсов и направлений подготовки бакалавра 240100 – Химиче-

ская технология и биотехнология, 280200 – Защита окружающей среды : са-

мост. учеб. электрон. изд. / Сыкт. лесн. ин-т ; сост. Т. Л. Леканова,

Е. Г. Казакова. – Электрон. дан. (1 файл в формате pdf : 2,2 Мб). – Сыктыв-

кар : СЛИ, 2010. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В методическом пособии рассмотрены основы поглощения парогазовых

смесей жидкими поглотителями, приведены основы проектирования про-

цессов и аппаратов (абсорберов) для поглощения парогазовых смесей в хи-

мической промышленности и для защиты атмосферы от вредных газов и па-

ров. Включены порядок расчета типовой абсорбционной установки и требо-

вания к графическому оформлению курсового проекта (

работы), в приложе-

ниях приведены справочные данные.

Пособие может быть использовано в качестве основной учебной литера-

туры при курсовом проектировании по дисциплинам «Процессы и аппараты

химической технологии» и «Гидравлика и теплотехника».

Предназначено для студентов указанных направлений подготовки спе-

циалиста и бакалавра.

УДК 630.86

ББК 65.9(2)304

Темплан 2009/10 учеб. г. Изд. № 164.

________________

Самостоятельное учебное электронное издание

Составители: Леканова Тамара Леонардовна, Казакова Елена Геннадиевна

РАСЧЕТ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Электронный формат – pdf

Разрешено к публикации 23.12.10. Объем 3,3 уч.-изд. л.; 2,2 Мб.

Сыктывкарский лесной институт – филиал государственного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия име-

ни С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39,

institut@sfi.komi.com, www.sli.komi.com

Редакционно-издательский отдел СЛИ. Заказ № 92.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................. 5

1 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К ЕГО ОФОРМЛЕНИЮ ...................................................................................................... 6

2 РАСЧЕТ АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК ........................................................... 10

2.1 Общие сведения............................................................................................................ 10

2.2 Общие указания по расчету абсорберов насадочного и тарельчатого типов......... 13

3 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА ............ 14

3.1 Определение расхода абсорбента ............................................................................... 14

3.2 Определение диаметра абсорбера .............................................................................. 14

3.3 Определение высоты абсорбера ................................................................................. 16

3.4 Определение гидравлического сопротивления орошаемой насадки и общего

гидравлического

сопротивления....................................................................................... 21

3.5 Расчет вспомогательного оборудования.................................................................... 21

3.5.1 Расчет вентилятора ............................................................................................ 21

3.5.2 Расчет насосной установки................................................................................. 21

4 ПРИМЕР РАСЧЕТА НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА.............................................. 22

4.1 Определение количества поглощаемого сернистого газа ........................................ 23

4.2 Определение расхода абсорбента ............................................................................... 24

4.3 Определение диаметра абсорбера .............................................................................. 25

4.4 Определение высоты колонны.................................................................................... 30

4.4.1 Определение движущей силы внизу колонны...................................................... 30

4.4.2 Определение движущей силы вверху колонны.................................................... 31

4.4.3 Определение коэффициента массопередачи...................................................... 32

4.4.4 Определение высоты насадки и высоты

всей колонны .................................... 36

4.5 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой............................................... 36

4.6 Расчет вспомогательного оборудования.................................................................... 40

4.6.1 Расчет газодувки................................................................................................... 40

4.6.2 Расчет насосной установки................................................................................. 41

5 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА........... 45

5.1 Определение расхода абсорбента ............................................................................... 45

5.2 Определение диаметра колонны................................................................................. 45

5.3 Гидравлический расчет................................................................................................ 45

5.4 Определение числа ступеней изменения концентрации .......................................... 48

5.5 Определение общей высоты колонны........................................................................ 49

5.6 Определение гидравлического сопротивления колонны ......................................... 49

5.7 Расчет вспомогательного оборудования

.................................................................... 49

6 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА

(ТАРЕЛКИ КОЛПАЧКОВЫЕ) ......................................................................................... 50

6.1 Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента ..................... 51

6.2 Определение диаметра абсорбера .............................................................................. 53

6.3 Гидравлический расчет................................................................................................ 54

6.4 Определение необходимого количества рабочих тарелок....................................... 58

6.5 Расчет вспомогательного оборудования.................................................................... 60

7 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА

(ТАРЕЛКИ СИТЧАТЫЕ)................................................................................................... 61

7.1 Определение количества поглощаемого сернистого газа ........................................ 61

7.2 Определение расхода абсорбента ............................................................................... 62

7.3 Определение диаметра абсорбера .............................................................................. 64

7.4 Гидравлический расчет................................................................................................ 66

7.5 Определение необходимого количества рабочих тарелок....................................... 69

7.6 Расчет вспомогательного оборудования.................................................................... 72

7.6.1 Расчет газопровода и подбор газодувки............................................................. 72

7.6.2 Расчет водопровода и подбор насоса ................................................................. 74

ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................................... 77

Приложение А (обязательное) Образец оформления титульного

листа

курсового проекта (курсовой работы).............................................................................. 77

Приложение Б (справочное) Значения коэффициента Генри К

для водных растворов некоторых газов ........................................................................... 78

Приложение В (рекомендуемое) Характеристики насадок ........................................... 79

Приложение Г (рекомендуемое) Зависимость предельной скорости пара

от относительной плотности пара и жидкости

......................................................... 80

Приложение Д (информационное) Библиографический список ................................... 81

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее методическое пособие предназначено для выполнения

курсового проекта (работы) по дисциплинам «Процессы и аппараты хими-

ческой технологии» и «Гидравлика и теплотехника».

Курсовой проект по названным дисциплинам является большой само-

стоятельной инженерной работой студентов в вузе. Он включает расчет

типовой установки (выпарной, абсорбционной, ректификационной и др.) и

ее графическое оформление. Работая над проектом, студент изучает дейст-

вующие ГОСТы, ОСТы, нормали, справочную литературу, приобретает

навыки выбора аппаратуры и составления технико-экономических обосно-

ваний, оформления технических документации. Основная цель курсового

проектирования заключается в закреплении и расширении теоретических

знаний студентов, в приобретении ими навыков по решению инженерных

задач. Выполнение данного курсового проекта служит базой для выполне-

ния курсовых и дипломных проектов по специальности.

В пособии приведены примеры расчета типовых абсорбционных ус-

тановок (насадочного и тарельчатого типов) и расчет вспомогательных ап-

паратов и оборудования, которые следует подобрать для обеспечения ра-

боты данной установки. Данное пособие разработано на основе методиче-

ских указаний [1], дополнено приложениями, что позволяет быстро опре-

делить необходимые справочные величины. Пособие составлено с целью

дать ответы на возникающие у студентов, приступающих к выполнению

курсового проекта, вопросы. В нем приведены формулы, справочные дан-

ные и литературные источники, пользуясь которыми студенты проводят

расчеты, а также указаны последовательность и содержание этих расчетов.

1 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ОФОРМЛЕНИЮ

Курсовой проект по дисциплинам «Процессы и аппараты химической

технологии» и «Гидравлика и теплотехника» состоит из пояснительной за-

писки и графической части.

Содержание пояснительной записки. Пояснительная записка к кур-

совому проекту, содержащая все исходные, расчетные и графические

(вспомогательные) материалы, должна быть оформлена в определенной

последовательности:

1) титульный лист;

2) бланк задания на проектирование;

3) содержание;

4) введение;

5) технологическая схема установки и ее описание;

6) технологический расчет аппаратов;

7) расчет и подбор вспомогательного оборудования;

8) заключение (выводы);

9) библиографический список.

Титульный лист. Пример выполнения титульного листа приведен в

приложении А данного пособия.

В названии проекта должна быть указана производительность уста-

новки. Например «Абсорбционная установка непрерывного действия для

поглощения 1,6 м

/с SO

из смеси с воздухом водой».

Задание на выполнение курсового проекта выдается на специальном

бланке и подшивается в пояснительную записку без переписывания.

Содержание приводят в точном соответствии с рубрикацией, приня-

той в пояснительной записке, с указанием номеров страниц начала разде-

лов и подразделов.

Введение. В данном разделе необходимо кратко описать

сущность и

назначение данного процесса, сравнительную характеристику аппаратов

для его осуществления. Также обосновывается краткая характеристика

процесса, происходящего в аппарате, назначение и цель расчета.

Технологическая схема установки. Приводится принципиальная схема

установки и ее описание с указанием позиций (номеров аппаратов). На

схеме проставляются стрелки, указывающие направление всех потоков.

Технологический расчет аппаратов. Задачей этого раздела проекта

является расчет основных размеров аппаратов (диаметра, высоты, поверх-

ности теплопередачи и т. д.). Для проведения технологического расчета

необходимо предварительно найти по справочникам физико-химические

свойства перерабатываемых веществ (плотность, вязкость и т. п.), соста-

вить материальные и тепловые балансы. Затем на основе анализа литера-

турных

данных и рекомендаций данного пособия выбирается методика

расчета размеров аппарата. В этот же раздел входит гидравлический расчет

аппаратов, целью которого является определение гидравлического сопро-

тивления.

Расчет и подбор вспомогательного оборудования. Кроме основных

аппаратов в установку входят различные виды вспомогательного оборудо-

вания: насосы, вентиляторы, газодувки, компрессоры, вакуум-насосы, кон-

денсатоотводчики и

т. п. Все это оборудование должно быть рассчитано

или подобрано по нормалям, каталогам или ГОСТам с учетом конкретных

условий их работы.

Заключение (выводы). Заканчивая расчетную часть проекта, студент

должен дать анализ полученных результатов, их соответствия заданию на

проект.

Библиографический список. Литературные источники, которые ис-

пользовались при составлении пояснительной записки,

располагаются в

порядке упоминания их в тексте или по алфавиту (по фамилии первого ав-

тора работы). Оформляется в соответствии с положениями о дипломном

проектировании [2; 3]. Ссылки на использованную литературу в тексте

приводят в квадратных скобках, учитывая номер источника по приведен-

ному в пояснительной записке списку.

Оформление расчетно-пояснительной записки. Требования к

оформлению текста пояснительной записки определены в «Положении о

дипломном проектировании. Часть 1. Единые требования к текстовым до-

кументам», ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам»,

ГОСТ 7.32 «Отчет о научно-исследовательской работе».

Текст дипломного проекта (работы) должен быть выполнен печатным

способом с использованием компьютера и принтера на одной стороне бе-

лой бумаги шрифтом Times New Roman, кегль

14, через 1,5 интервала,

черным цветом, величина абзацного отступа не менее 15 мм.

Содержание пояснительной записки может быть представлено в виде

текста, таблиц, иллюстраций, формул и других составляющих.

Страницы пояснительной записки должны соответствовать формату

А4 в соответствии с ГОСТ 2.301. При необходимости допускается приме-

нение других основных и дополнительных форматов по вышеуказанному

стандарту. Такие страницы подшиваются и складываются так, чтобы ос-

новная надпись оставалась сверху без разворачивания листа. Каждый лист

пояснительной записки, кроме приложений, должен иметь рамку, согласно

ГОСТ 2.106, и основную надпись, согласно ГОСТ 2.104, по формам 2 (для

заглавного листа – «Содержание») и 2а (для последующих листов

), рису-

нок 7.1 [3, с. 17]. Отступы текста от рамки слева и справа не менее 3 мм,

сверху и снизу от рамки до текста не менее 10 мм, абзацный отступ не ме-

нее 15 мм, как показано на рисунках В.9 и В.10 [3, с. 61–62].

Нумерация страниц пояснительной записки сквозная, включая прило-

жения, арабскими цифрами в основной надписи.

Заглавным листом счита-

ется лист «Содержание», который одновременно считается вторым листом

пояснительной записки, так как титульный лист также включается в об-

щую нумерацию. Номер страницы на титульном листе не проставляется.

«Задание», «Введение», «Основная часть», «Заключение» в пояснительную

записку подшиваются, но не нумеруются. Иллюстрации, таблицы включа-

ются в общую нумерацию [3, с. 37].

Библиографический список должен содержать точные сведения об ис-

точниках, использованных при разработке дипломного проекта (работы), в

соответствии с ГОСТ 7.1, ГОСТ 7.16, ГОСТ 7.34, настоящим положением

и удовлетворять следующим требованиям:

- соответствовать теме дипломного проекта (работы);

- представлять разнообразные виды изданий: официальные, норма-

тивные, справочные, учебные, научные, методические и т. д.;

- не содержать нормативно-

устаревшие источники.

Библиографический список составляется в последовательности ссы-

лок на источники по тексту пояснительной записки, которые нумеруются

арабскими цифрами [3, с. 36].

Графики, таблицы выполняются ручным способом или с помощью

специальных компьютерных программ. Объем работы составляет 30–40

страниц (в зависимости от темы). Текст печатается на одной стороне листа.

Терминология и определения в записке

должны быть едиными и соответ-

ствовать установленным стандартам, а при их отсутствии – общепринятым

в научно-технической литературе. Сокращения слов в тексте и подписях не

допускаются, за исключением сокращений, установленных ГОСТ 7.12-77.

Все расчетные формулы в пояснительной записке приводятся сначала в

общем виде, нумеруются, дается объяснение обозначений и размерностей

всех входящих в формулу

величин. Затем в формулу подставляют числен-

ные значения величин и записывают результаты расчета.

Все иллюстрации (графики, схемы, чертежи) именуются рисунками.

Рисунок нумеруют и располагают после ссылки на него.

Все таблицы, как и рисунки, нумеруют. Слева над таблицей (на уров-

не левой кромки контура таблицы) помещается слово «Таблица», ее номер

и название. Нумерация таблиц производится арабскими цифрами либо

сквозной нумерацией в пределах всего текстового документа, например,

«Таблица 1». Название таблицы помещается над таблицей и оформляется

строчными буквами, начиная с прописной [2, с. 24].

Страницы скрепляются жесткой обложкой специальных папок для

выполнения курсовых работ. В отдельных случаях, с разрешения руково-

дителя, работа может быть

выполнена в рукописном варианте разборчи-

вым почерком черной или синей пастой с соблюдением указанных требо-

ваний.

Графическая часть курсового проекта. Графическая часть включает

два листа чертежей размером 841 × 594 мм (формат А1) – технологическая

схема установки и чертеж общего вида аппарата.

На первом листе формата А1 выполняется технологическая схема ус-

тановки и

перечень составных частей и элементов схемы (в виде таблицы).

Отдельно на формате А4 приводится схема установки и подшивается в за-

писку.

На втором чертеже (А1) должны быть представлены: общий вид аппа-

рата в разрезе [4, Т. 2, с. 874–895; 5]; элемент фланцевого соединения в

разрезе [4, Т. 1, с. 541]; таблица штуцеров, техническая характеристика и

технические требования [6, с

. 412–493]. На аппарат составляется специфи-

кация, которая размещается на отдельном листе и подшивается в поясни-

тельную записку.

Чертежи оформляются в соответствии с действующими нормалями на

обечайки, днища, крышки, фланцы, опоры и ГОСТами на трубы, болты,

гайки, прокладки и т. д.

Принципы графического оформления курсового проекта с учетом

правил ЕСКД и примеры выполнения технологических схем установок и

чертежей типовых аппаратов и узлов изложены в пособии [6].

Защита курсового проекта. К защите допускается студент, выпол-

нивший задание на проектирование в установленном объеме и оформив-

ший его в соответствии с требованиями.

Оформленный проект сдается руководителю для проверки, а затем в

назначенный срок студент защищает свой проект.

Защита курсовых проектов должна проводиться публично в присутст-

вии других студентов и комиссии в составе не менее двух преподавателей.

2 РАС Ч Е Т АБСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК

2.1 Общие сведения

Абсорбционные процессы широко распространены в химической тех-

нологии и являются одной из основных технологических стадий ряда про-

изводств: серной, соляной, азотной кислот; коксохимии и переработки

нефти. Кроме того, абсорбционные процессы являются основными при са-

нитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных

примесей. Этот процесс широко используется при химической переработке

древесины. Наибольшее

распространение в целлюлозно-бумажном, гидро-

лизном и лесохимическом производствах нашли скрубберы с насадкой и с

барботажными тарелками. Поэтому более подробно остановимся на мето-

дах и последовательности расчета абсорбционных аппаратов данного типа.

Области применения абсорбционных процессов в промышленности

весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа

жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты;

очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из

газовых выбросов.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической

абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической ре-

акцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренеб-

речь. Как правило, физическая абсорбция не сопровождается существен-

ными тепловыми эффектами. Если при этом начальные потоки газа и жид-

кости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию мож-

но рассматривать как изотермическую. С этого наиболее простого случая

начнем рассмотрение расчета процесса абсорбции.

Основная сложность при проектировании абсорберов заключается в

правильном выборе расчетных закономерностей для определения кинети-

ческих коэффициентов из большого числа различных, порой противоречи-

вых, зависимостей, представленных в технической литературе. Расчеты по

этим уравнениям, обычно справедливым для частных случаев, приводят

зачастую к различающимся, а иногда к заведомо неверным результатам.

Рекомендуемые здесь уравнения выбраны после тщательного анализа и

сравнительных расчетов в широком интервале переменных, проверки аде-

кватности расчетных данных опытных, полученных на реальных системах.

Процессы абсорбции изучаются в теоретическом и практическом кур-

се «Процессы и аппараты химической технологии» [6].

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газов

или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимо-

действует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсор-

бентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.