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

Подождите немного. Документ загружается.

Мощность, потребляемая газодувкой, определяется по формуле:

1000

кВт, (4.43)

где

– общий КПД газодувки, принимаем

= 0,6.

.125

6,01000

469386,1

кВтN

⋅

С запасом 30 %, согласно [6, с. 42, таблица 10], подбираем газодувку

марки ТВ-50-1,6 со следующими характеристиками: производительность –

1,0 м

/с, давление 60000 Па, n = 48,3 c

–1

; электродвигатель типа АО2-92-2:

мощность – 100 кВт. Устанавливаем две газодувки.

4.6.2 Расчет насосной установки

В соответствии с расчетом и необходимой высотой абсорбционной

колонны принимаем следующие исходные данные для расчета насосной

установки.

Производительность по абсорбенту – L = 58,5

кг

Высота подъема – Н = 16 м (принимается конструктивно).

Избыточное давление перед распылителем –

изб

р∆

= П – P

ат

= 40 200 Па.

Плотность абсорбента (воды) –

= 1000

кг

Общий КПД насосной установки –

0,6.

Трубопровод (согласно схеме установки на рисунке 2) имеет два вен-

тиля, четыре колена ∠90° и общую длину l = 20 м.

Скорость жидкости в трубопроводах допускается в пределах от 0,8 до

2,5

[8, с. 17]. Принимаем = 2

Тогда диаметр трубопровода по формуле (3.5):

⋅⋅

⋅

ρπ

2100014,3

5,5844

жж

тр

0,193 м или 193 мм.

Принимаем стандартный трубопровод [4, Т. 1, с. 98] диаметром

тр

= 219 × 6 мм, d

вн

= 207 мм.

Уточняем скорость движения жидкости:

74,1

207,0100014,3

5,5844

⋅⋅

⋅

ρπ

вн

Давление, развиваемое насосом, определяется по формуле [8, с. 21]:

избподмстрск

PPPPP

∆

∆=∆

(4.44)

где – затраты на создание скорости потока в трубопроводе, Па;

ск

P∆

мстр

∆ – потеря давления на преодоление местных сопротивлений и тре-

ния, Па; – затрата давления на подъем жидкости, Па; – избы-

под

P∆

изб

P∆

точное давление перед распылителем, Па.

Затраты на создание скорости потока в трубопроводе определяется по

формуле:

ск

=∆

Па. (4.45)

1514

100074,1

⋅

=∆

ск

Па.

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений и трения

определяется по формуле:

ск

вн

мстр

P ∆

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ξ+λ+=∆

∑

(4.46)

где = 0,02 – коэффициент трения, определяется по [8, с. 22, рисунок 1.5]; λ

– коэффициенты местных сопротивлений, определяются по [8, с. 520–

522, таблица XIII] согласно схеме установки на рисунке 2. Значения коэф-

фициентов местных сопротивлений заносим в таблицу 2.

Определим режим движения воды:

,105,4

108,0

100074,1207,0

⋅=

⋅

−

тр

где µ

= 0,8

–3

Па

с – коэффициент динамической вязкости воды при

35 ºС, согласно [8, с. 556, рисунок V].

При отношении d

тр

/е = 0,207/0,0002 = 1035 и [8, с. 22,

105,4Re ⋅=

тр

рисунок 1.5] коэффициент сопротивления трения будет равен: λ = 0,02.

Значения коэффициентов местных сопротивлений, взятые из [8, с. 520–522,

таблица XIII], сведены в таблицу 9. Отношение площадей водопровода и

колонны составит:

.0089,0

2,2785,0

207,0785,0

⋅

тр

Таблица 2 – Значения коэффициентов местных сопротивлений

водопровода

Вид местного сопротивления

∑

Вход в трубу с острыми краями 0,5

Выход из трубы 1,0

Вентиль нормальный

= 5,3

5,3 = 10,6

Отвод (при φ = 90º и R

тр

= 0,207/0,207 = 1,0)

ξ =

А В = 1,0

0,21 = 0,21

0,21 = 0,84

Внезапное расширение 1,0

Внезапное сужение 0,5

Всего 14,44

Тогда потеря давления на преодоление местных сопротивлений и тре-

ния составит:

26302151444,14

207,0

02,01

=⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+⋅+=∆

+ мстр

Па.

Затрата давления на подъем жидкости определяются по формуле:

,HgP

жпод

∆

Па, (4.47)

где Н = 16 м – высота подъема.

1569601681,91000

⋅

=∆

под

Па.

Тогда давление, развиваемое насосом, будет равно (по формуле (4.44))

.22497620040960159263025141 Па

+=∆

Определяем мощность, потребляемую двигателем насоса, по формуле

(4.43):

.22

6,01000

2249760585,0

1000

кВт

рV

⋅

∆

Устанавливаем центробежный насос [6, с. 38] марки Х280/29 со сле-

дующими характеристиками: производительность V = 8

–2

/с (расчет-

ная 5,85

–2

/с); напор H = 21÷29 м вод. ст. (расчетная 22,9 м вод. ст.);

число оборотов n = 24,15 с

–1

; η

= 0,78; тип электродвигателя АО2-81-4:

мощность двигателя N

= 40 кВт.

5 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧ Е ТА

ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА

5.1 Определение расхода абсорбента

См. п. 4.1 раздела 4 «Определение количества поглощаемого серни-

стого газа».

5.2 Определение диаметра колонны

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода (3.5) [8, с. 321]. Для

этого задаются расстоянием между тарелками

(

)

мт

согласно рекоменда-

циям [6, с. 208–209]. Расстояние между тарелками стальных колонных ап-

паратов следует выбирать из ряда: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600,

700, 800, 900, 1000, 1200 мм [6, с. 209].

Определяют скорость газового потока:

= (5.1)

где С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между та-

релками определяется по графику 7.2 [8, с. 323] или по приложению Г дан-

ного пособия; ρ

– плотность жидкости, кг/м

; ρ

– плотность газового по-

тока, кг/м

По расходу

и скорости w определяют по формуле (3.5). Выби-

рают по каталогу [4; 5] стандартную колонну с ближайшим наибольшим

диаметром и уточняют рабочую скорость газового потока. Выписывают

основные характеристики колонны.

5.3 Гидравлический расчет

Гидравлический расчет сводится к определению гидравлического со-

противления тарелки [8, с. 27–28, с. 354–355].

Р∆

Сопротивление барботажной тарелки рассчитывают как сумму трех

слагаемых:

гжсухт

PPPP

∆

=∆

(5.2)

где – сопротивление сухой тарелки;

сух

P∆

∆

– сопротивление, вызывае-

мое силами поверхностного натяжения;

гж

∆

– сопротивление газожидко-

стного слоя на тарелке.

Сопротивление сухой тарелки рассчитывается по формуле:

0 г

сух

ξ=∆

(5.3)

где – коэффициент сопротивления, принимается из таблицы 3 согласно

[8, с. 27–28]; – скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях та-

релки,

; – плотность газа,

кг

Таблица 3 – Коэффициент сопротивления для различных типов тарелок

Тип тарелки

Колпачковая 4,5–5,0

Ситчатая со свободным сечением отверстий 7–10 % 1,82

Ситчатая со свободным сечением отверстий 11–25 % 1,45

Решетчатая провальная 1,4–1,5

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, оп-

ределяется по формуле:

=∆

(5.4)

где – поверхностное натяжение,

; – эквивалентный диаметр отвер-

стия, м.

Эквивалентный диаметр отверстия для колпачковых тарелок рассчи-

тывается по формуле:

(5.5)

где – площадь свободного сечения прорези, м

; П – периметр прорези, м.

Для ситчатых и дырчатых провальных тарелок эквивалентный диа-

метр, равен диаметру отверстия, а для решетчатых провальных тарелок

– удвоенной ширине щели.

Сопротивление газожидкостного слоя:

а) на колпачковой тарелке определяется по формуле:

3,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∆++ρ=∆

lkgP

жгж

(5.6)

где

– ускорение силы тяжести,

;

– относительная плотность газо-

жидкостного слоя (пены), при расчетах приближенно принимают прибли-

женно

= 0,5; – плотность жидкости,

кг

; – расстояние от верхнего

края прорезей до сливного порога, м (рисунок 3); – высота прорези, м;

h∆

– высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Рисунок 3. Схема колпачковой тарелки [8, с. 28]

б) на ситчатой тарелке (рисунок 4) – по формуле

(

)

,3,1 hhkgP

пжгж

∆

=∆

(5.7)

где – высота сливного порога, м.

Высота уровня жидкости над сливным порогом определяется по фор-

муле истечения через водослив с учетом плотности пены:

85,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=∆

kП

(5.8)

где – объемный расход жидкости,

;

П – периметр слива, м;

= 0,5

принимаем согласно [1, с. 28].

Примеры расчета ситчатой тарелки приведены в задачнике [8, с. 354–

355] и в справочнике [9, с. 697].

Рисунок 4 – Схема ситчатой тарелки [8, с. 354]

Проверяют принятое расстояние между тарелками h

мт

по выражению

[8, с. 355]:

мт

> 1,8

∆

⋅

(5.9)

Если условия не выполняются, принимают большее значение h

мт

повторяют расчет.

5.4 Определение числа ступеней изменения концентрации

1-й вариант: по теоретическим тарелкам рассчитывают действитель-

ное число тарелок [9, с. 680]:

тд

(5.10)

где N

– теоретическое число тарелок (между равновесной и рабочей ли-

ниями); – средний коэффициент полезного действия тарелки (принима-

ется = 0,2 ÷ 0,8).

2-й вариант: по кинетической кривой находят действительное число

тарелок(N

тд

) [9, с. 676].

5.5 Определение общей высоты колонны

Общая высота колонны определяется по формуле (3.29):

нвк

ZZНH

где и – соответственно высота верхней и нижней частей колонны, м

(определяются согласно таблице 1).

Высота тарельчатой части колонны:

(

)

тдмт

NhH

(5.11)

5.6 Определение гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонных аппаратов оп-

ределяется по формуле:

ттд

PNP

∆

(5.12)

где – действительное число тарелок;

тд

∆

– сопротивление одной та-

релки, Па.

5.7 Расчет вспомогательного оборудования

Расчет вспомогательного оборудования (газодувки и насосной уста-

новки) проводят аналогично расчету насадочного абсорбера (см. п. 4.6).

6 ПРИМЕР РАС Ч Е ТА ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА

(ТАРЕЛКИ КОЛПАЧКОВЫЕ)

Рассчитать тарельчатый абсорбер для поглощения водой сернистого

газа (SO

) из смеси его с воздухом.

1. Количество перерабатываемой смеси – V = 1,6

2. Начальная концентрация SO

в смеси –

%..0,6 массy

3. Конечная концентрация SO

в смеси –

%..4,0 массy

4. Избыток абсорбента – 20 %, следовательно,

.2,1

100

20100

=ε

5. Давление абсорбции – П = 141,5 кПа.

6. Температура абсорбции – t = 35 °С.

7. Начальная концентрация SO

в абсорбенте – x

= 0 масс. %.

Определить:

1. Количество поглощаемого газа –

кг

2. Расход абсорбента –

кг

3. Диаметр абсорбера –

., мD

4. Высоту колонны – ., мН

5. Гидравлическое сопротивление – ., кПар∆

6. Мощность вентилятора – ., кВтN

7. Мощность насосной установки – ., кВтN

Схема установки приведена на рисунке 5.