Ім'я файлу: attach_16511478123068.docx
Розширення: docx
Розмір: 2442кб.
Дата: 28.04.2022
скачати
Пов'язані файли:
сітян анюта.docx
рыболовный трауллер.docx
записка.doc
File 4.docx
110 механизм.doc
110 зуб..doc
детали машин.docx
310 зубчатый механизм.docx
gerasimov_vi_ribalko_vp_svinarstvo_i_tekhnologiia_virobnitst.pdf
записка+.docx
Розширення: docx
Розмір: 2442кб.
Дата: 28.04.2022
скачати
Пов'язані файли:
сітян анюта.docx
рыболовный трауллер.docx
записка.doc
File 4.docx
110 механизм.doc
110 зуб..doc
детали машин.docx
310 зубчатый механизм.docx
gerasimov_vi_ribalko_vp_svinarstvo_i_tekhnologiia_virobnitst.pdf
записка+.docx
Визначення рушійної сили процесу абсорбції та числа одиниць перенесення
Рушійну силу процесу абсорбції в даному разі зручно виражати різницею між робочою і рівноважною відносними масовими концентраціями компонента, що поглинається, в газовій фазі (рис. 2.3). Якщо рівноважна лінія є прямою або має незначну кривизну, середню рушійну силу визначають за формулою:
де
- рушійні сили процесу знизу і зверху абсорбера відповідно:
Тоді отримаємо:
Число одиниць перенесення показує, на скільки одиниць змінюється концентрація речовини, що поглинається, у фазі з розрахунку на одиницю зміни рушійної сили. Число одиниць перенесення для газової фази визначають за формулою:
2.1.6 Розрахунок коефіцієнтів молекулярної дифузії
Згідно з рекомендованим порядком розрахунку далі необхідно визначити значення коефіцієнтів молекулярної дифузії газу, що поглинається, в газовій і рідкій фазах. Коефіцієнт молекулярної дифузії показує, яка кількість речовини дифундує за одиницю часу через одиницю поверхні за зміни концентрації, що дорівнює одиниці, через одиницю товщини шару. Коефіцієнт молекулярної дифузії є фізичною константою, що характеризує природну здатність однієї речовини проникати в середовище іншої. Величина коефіцієнта молекулярної дифузії визначається властивостями дифундуючого компонента і фази, в якій він дифундує, а також тиском і температурою.
Числові значення коефіцієнта молекулярної дифузії, визначені експериментально для деяких газів і парів, що дифундують у повітрі та воді
Визначимо коефіцієнт дифузії хлористого водню у повітрі при тиску
та 
:
Визначимо коефіцієнт дифузії хлористого водню у воді при тиску
та 
:
Робочу (фіктивну) швидкість газу для абсорберів, що працюють у плівковому режимі, попередньо визначаємо за формулою:
де
– швидкість газу, що відповідає точці захлинанняДля визначення граничної швидкості газу, за якої настає режим захлинання насадкового абсорбера
де
і 
- питома поверхня, м2/м3, і вільний об’єм насадки, м3/м3, ( 
);g – прискорення вільного падіння, м/с2;
і 
– густини газової суміші та рідини, кг/м3, 
– динамічна в’язкість рідини, 
.Введемо допоміжну величину X:
Виразивши з емпіричного рівняння шукану величину граничної швидкості газу, за якої настає режим захлинання насадкового абсорбера отримаємо:
Тоді маємо попередньо робочу швидкість газу для абсорберів, що працюють у плівковому режимі:
Діаметр абсорбційної колони розрахуємо на основі рівняння об’ємної витрати газу за робочих параметрів [3]:
Розрахований діаметр колони округлюємо до найближчого з ряду стандартних циліндричних обичайок: 1400 мм.
Відповідно до новоприйнятого діаметра D уточнюємо робочу швидкість газу в колоні:
2.1.8 Розрахунок коефіцієнту масопередачі та висоти шару насадки
Коефіцієнт масопередачі в апараті щодо газової фази розраховуємо за рівнянням :
де
- коефіцієнти масовіддачі відповідно в рідкій і газовій фазах;
- середній коефіцієнт розподілу, що дорівнює тангенсу кута нахилу лінії рівноваги, 
коефіцієнт Генрі за середньої температури в абсорбері, 
Тоді середній коефіцієнт розподілу дорівнює:
Коефіцієнти масовіддачі в насадкових абсорберах із невпорядкованою насадкою при плівковому режимі визначають з критеріальних рівнянь:
– для газової фази:
– для рідкої фази:
де
- дифузійний критерій Нуссельта для газової фази;
- критерій Рейнольдса для газу;
- дифузійний критерій Прандтля для газу; 
- дифузійний критерій Нуссельта для рідини;
- критерій Рейнольдса для рідини;
– дифузійний критерій Прандтля для рідини.Визначимо еквівалентний діаметр каналів:
Знайдемо критерій Рейнольдса для газу:
де
– динамічний коефіцієнт в’язкості повітря,
Визначимо дифузійний критерій Прандтля для газу:
Розрахуємо критерій Рейнольдса для рідини:
де
- площа поперечного перерізу колони,
- коефіцієнт змоченості насадки; 
Дифузійний критерій Прандтля для рідини:
Визначимо тепер дифузійний критерій Нуссельта для газової фази:
З іншої сторони:
Тоді виразимо коефіцієнт масовіддачі для газу:
Тепер визначимо дифузійний критерій Нуссельта для рідини:
З іншої сторони:
де
- зведена товщина рідкої плівки,
Тоді виразимо коефіцієнт масовіддачі для рідини:
Коефіцієнти масовіддачі
і 
, визначені вище, мають розмірність м/с, виразимо ці величини в кг/(
):
Тоді визначимо коефіцієнт масопередачі в апараті щодо газової фази:
Для насадкового абсорбера висоту шару насадки визначають за рівнянням
де
– поверхня насадки, що визначається з основного рівняння масопередачі:
2.2 Конструктивний та гідравлічний розрахунок
2.2.1 Визначення конструктивних розмірів
Виразивши з емпіричного рівняння шукану величину граничної швидкості газу, за якою настає режим захлинання насадкового абсорбера.
(2.1)Тоді маємо попередньо робочу швидкість газу для абсорберів, що працюють у плівковому режимі:
Діаметр абсорбційної колони розрахуємо на основі рівняння об'ємної витрати газу за робочі параметри [4]:
(2.2)Розрахований діаметр колони округлюємо до найближчого ряду стандартних циліндричних обичайок: 1400 мм.
Відповідно до новоприйнятого діаметру D уточнюємо робочу швидкість газу в колоні:
(2.3)Для визначення конструктивних розмірів скористаємося методикою, яка наведена у [6, с.107].
Поверхня насадки, що визначається з основного рівняння масопередачі, буде визначатися як:
(2.4)Висоту насадки, яка потрібна для утворення цієї поверхні масопередачі, розрахуємо за формулою:
(2.5)Зазвичай висота скруберів не перевищує 40-50 м, тому для здійснення цього процесу виберемо 1 скрубер, висотою насадки 6 м.
Для запобігання значних навантажень на нижні решітки насадки її вкладають у колону ярусами, по 20-25 решіток у шкірі.
Кожен ярус встановлюють на самостійно підтримуючі опори. Відстань між ярусами хордової насадки становить зазвичай 0,3-0,5 м.
Приймаючи число решіток у кожному ярусі 20, а відстань між ярусами 0,3 м визначимо висоту насадкового абсорберу:
(2.6)Розіб'ємо абсорбційну колону на 2 кулі: від верху насадки до кришки абсорбера та від днища абсорбера до насадки, відстань між кулями становить 1,2 м.
Відстань між днищем абсорбера і насадкою визначається необхідністю рівномірного розподілення газу по поперечному перерізу колони, що становить 3,2
Відстань від верху насадки до кришки абсорбера залежить від розмірів розподільчого пристрою для зрошення насадки та від висоти сепараційного пристрою.
Приймемо це відстань рівним 1,04 м. Висота кришки становить 0,5м.
Тоді загальна висота абсорбційної колони:
Внутрішній діаметр штуцерів для підведення та відведення вихідної суміші продуктів розраховується на основі рівняння масової витрати та округляється до найближчого стандартного значення за рівнянням:
(2.7)де G – певна витрата потоку, кг/с;
π – геометрична стала, π = 3,14;
w – швидкість руху середовища у трубопроводі під тиском, м/с;
ρ – щільність потоку за заданих умов, кг/м3.
Також формула (2.7) може бути подана у вигляді:
(2.8)де V - об'ємна витрата потоку, м3/с.
Внутрішній діаметр штуцерів для підведення вихідної суміші, приймемо швидкість потоку, що дорівнює 10...30 = 25 м/с:
Внутрішній діаметр штуцера для відведення очищеного газу, приймемо швидкість потоку, що дорівнює 10...30 = 25 м/с:
Внутрішній діаметр штуцера для підведення абсорбенту, приймемо швидкість потоку, що дорівнює 1 м/с:
Внутрішній діаметр штуцера для зливу насиченого абсорбенту, приймемо 2 м/с:
2.2.2 Гідравлічні розрахунки
Гідравлічний опір насадок абсорбера визначаємо за формулою:
(2.9)де b - Коефіцієнт відмінності насадок, для керамічних кілець Рашига 35х35 рівний 175;
U – щільність зрошення, яка визначається за формулою:
= 0,002197 м/с (2.9)де – гідравлічний опір сухої насадки, що дорівнює:
(2.10)Коефіцієнт опору розраховуємо за формулою
(2.11)
Швидкість газу у вільному перерізі насадки:
(2.12)
2.3. Вибір допоміжного обладнання
Визначимо розхід тепла та води. Візьмемо індекс «1» для гарячої теплоносія (газової суміші), індекс «2» - для холодної теплоносія (води).
Середня температура води задаємося попередньо
;Складаємо температурну схему
Визнаємо середню температуру газової суміші за формулою
Де
– середня температура води;
- середня різниця температур;Підставляючи дані у формулу, отримуємо
;З урахуванням втрати холоду в кількості тепла витрата
розраховується за формулою 
Де
- витрата інертної частини газу;
– питома тепло суміші при , 
;
, 
- початкова і кінцева температура газу;Питома теплота суміші визначається за формулою
де
, 
– питома теплота на 
;
- кінцева концентрація в поглиначці (воді)Замінивши дані в формулі, ми отримуємо
Замінивши отримані дані у формулу, отримуємо
Витрата води визначається за формулою
Де
– споживання тепла;
– питома теплота води при t = 20ºC [2];
,
– початкова і кінцева температура води;Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Об'ємна витрата газової суміші визначається за формулою
Де
- споживання інертної частини газу; - щільність газової суміші при 
;Щільність газової суміші визначається за формулою
Де
– об'ємна фракція в суміші;
, 
– щільність, відповідно, аміаку і повітря на , 
Знайдемо щільність аміаку і повітря за формулою
Де
– температура в нормальних умовах;
– тиск в абсорбері;
– температура газу перед поглиначем;
– тиск в нормальних умовах;
– щільність газу в нормальних умовах,
, 
Заміна знайдених значень
Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Об'ємне споживання води визначається за формулою
Де
– масовий потік води;
щільність води при [2];Підставляючи дані у формулу (52), отримуємо
Ми окреслимо варіанти теплообмінників.
Для цього ми визначимо приблизно величину площі поверхні теплообміну, припускаючи, що
[2] за формулою 
де
– споживання тепла; [2._Tab. 4.8_art. 172] ;
- середня різниця температур;Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Для забезпечення інтенсивного теплообміну вибираємо апарат з турбулентним режимом потоку теплоносія. Вода буде направлятися в трубний простір, так як вона дає забруднення, газова суміш - в міжтрубний простір.
У теплообмінних трубах
холодильників по ГОСТ 15120 - 79 швидкість потоку води повинна бути не більше
Де
– динамічний коефіцієнт в'язкості води при [ 2];
– внутрішній діаметр труб; щільність води при [2];Підставляючи дані у формулу (54), отримуємо
Прохідна секція простору труби повинна бути менше
Згідно з таблицею 4.12 [2], вибираємо однопрохідний холодильник з запасом поверхні теплообміну
Характеристики цього холодильника
Швидкість води для кожухотрубчатого холодильника розраховується за формулою
Де
- об'ємна витрата води;
– кількість труб в холодильнику, шт. [2]; – внутрішній діаметр труб;Підставляючи задане у формулі (59), отримаємо
Критерій Рейнольдса для води розраховується за формулою
Де
- швидкість води в холодильнику оболонки і трубки, м/с; – внутрішній діаметр труб; щільність води при 
[2]; – динамічний коефіцієнт в'язкості води при 
];Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Критерій Прандля для води
розраховується за формулою 
Де
– питома теплота води при [2];
– динамічний коефіцієнт в'язкості води при [ 2];
– коефіцієнт теплопровідності води при [
2];Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Швидкість газової суміші для оболонки і трубки холодильника розраховується за формулою
Де
- об'ємна витрата газової суміші;
– прохідний переріз міжтрубного простору між містами по пір'яних містечок за ГОСТ 15120 – 79 [2];Підставляючи дані у формулу (62), отримуємо
Критерій Рейнольдса для газової суміші розраховується за формулою
Де
- швидкість газової суміші в оболонці і холодильнику трубки;
– зовнішній діаметр труб, який визначає лінійний розмірність поперечного потоку;
– щільність газової суміші на 
;
- динамічний коефіцієнт в'язкості газової суміші при 
;Коефіцієнт динамічної в'язкості газової суміші визначається за формулою
Де
, 
; – молярні маси, відповідно, суміші газів, аміаку
і повітря [2. Табл. I стр. 510];
, 
- коефіцієнти динамічної в'язкості аміаку і повітря відповідно [2]Мольова маса газової суміші розраховується за формулою
;де
– об'ємна фракція аміаку в суміші [відповідно до поставленого завдання];Замінивши дані у формулу, знаходимо
;За формулою знаходимо коефіцієнт динамічної в'язкості
;Замінивши дані у формулу, знаходимо
Критерій Прандля для газової
суміші розраховується за формулою 
де
– питома тепло суміші на ; 
- динамічний коефіцієнт в'язкості газової суміші при ;
– коефіцієнт теплопровідності газової суміші при , 
;Коефіцієнт теплопровідності газової суміші визначається за формулою
де
– питома тепло суміші на ; 
- динамічний коефіцієнт в'язкості газової суміші при ;
; – адіабатичний індекс;
і 
є питомою теплоємністю газу при постійному тиску і при постійному обсязі, відповідно, Дж/(кг·К) [2.табл. V ст. 513];
B = 0,25· (9·k – 5) = 1,72;
Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Замінивши отримані дані у формулу, отримаємо
Розрахуємо коефіцієнт теплопередачі для газової суміші.
Коефіцієнт теплопередачі для газової суміші розраховується за формулою
де Nu1 - критерій Нусельда для газової суміші при t = 52 ° C;
λ1 = λcm = 0,033 - коефіцієнт теплопровідності газової суміші при t = 52ºС, Вт/(м·К);
d1 = 0,025 - зовнішній діаметр труб, який визначає лінійний розмір поперечного потоку, m.
Критерій Нусельда для газової суміші визначається за формулою
де εl = 1 [1, с. 154];
- Критерій Рейнольдса для газової суміші при t = 75 °C;
- Критерій Prandtl для газової суміші при t = 75 °C; 
[1].Підставляючи дані у формулу, отримаємо
Підставляючи отримані дані у формулу, отримуємо
Розрахуємо коефіцієнт теплопередачі води.
Коефіцієнт теплопередачі води розраховується за формулою
де Nu2 є критерієм Нусельда для води;
λ2 = 0,52 – коефіцієнт теплопровідності води при t = 25ºС, Вт/(м·К) [1, рис. X, с.561];
d2 = 0,021 – внутрішній діаметр труб, м.
Критерій Нуссельта для води з горизонтальним розташуванням труб (Re< 3500) розраховується за формулою
Для газів
не враховуються, тому
Формула (71), отримана за значеннями
20 ≤ ≤ 120;
106 ≤ ≤ 1,3·107
; 2 ≤ Пр ≤ 10При ≤ 10 значення
nu визначається рівнянням
Давайте перевіримо, чи виконується умова ≤ 10.
Критерій Пекле (Pe) розраховується за формулою
де ω = 0,004 - швидкість води в оболонці і холодильнику трубки, м /с;
л = 0,021 – внутрішній діаметр труб, м;
c = 4190 – питома теплота води при t = 25ºC, Дж/(кг*К)[1, рис. XI, с.562];
ρ = 996,5 – щільність води при t = 25ºC, кг/м3 [1, табл. 1). IV, с. 512];
λ = 0,52 - коефіцієнт теплопровідності води при t = 25ºС, Вт/(м*К) [1, рис. X, с.561].
Підставляючи дані у формулу, отримуємо
За умови ≤ 10
d = (внутрішній діаметр труб), 0,021 мL = [1, таблиця 4.12, с. 2153 м], отже, отже,
Оскільки умова ≤ 10 задовольняється, значення
Nu визначається рівнянням
Замінивши отримані дані у формулу (70), отримуємо
Коефіцієнт теплопередачі розраховується за формулою
де α1 = 49, α2 = 52 - коефіцієнти теплопередачі, відповідно, для газової суміші і води, ;
∑rst – термічна стійкість стіни і забруднюючих речовин, м2·К/Вт.
Термічний опір стіни і забруднень визначається за формулою
де
=
= 5800 - теплопровідність забруднюючих речовин стін, Вт/(м2*К) [1, таблиця XXXI, с.531];δst = 0,002 – товщина стінки, м;
λst = 46,5 – коефіцієнт теплопровідності сталі, Вт/(м·К) [1, табл. 1, табл. XXVIII, с.529].
Замінивши дані у формулу, отримуємо
Підставляючи отримані дані у формулу, отримуємо
Розрахуємо щільність теплового потоку за формулою
де
коефіцієнт теплопередачі, Δtsp = 27 - це середня різниця температур, K.
Підставляючи дані у формулу, отримаємо
Розрахунок площі поверхні теплообміну.
Площа поверхні теплопередачі розраховується за формулою
де Q = 85990 - тепловий потік, W;
щільність теплового потоку, Вт/м2.Замінивши дані у формулу, отримаємо
З маржею 10%
Приймаємо до установки пристрої довжини 3 м (ГОСТ 15120-79). Теплообмінна площа поверхні однієї одиниці по середньому діаметру труб
Необхідна кількість пристроїв
Візьмемо N = 1. Запас поверхні при цьому складає
Гідравлічний опір теплообмінника в міжтрубному просторі розраховується за формулою
де коефіцієнт теплопровідності газової суміші,
Вт/(м·К);n = 1 - кількість ходів;
L = 3 – довжина одного обведення, м;
- швидкість газу в міжтрубному просторі, м/с;ρ1 = ρсм = 1,072 - щільність газової суміші при t = 52ºC, кг/м3.
de – зовнішній еквівалентний діаметр трубопроводу, м;
∑ζ = 5 - сума коефіцієнтів локальних опорів [1, с. 26].
Зовнішній еквівалентний діаметр трубопроводу розраховується за формулою
де D = 1000 - внутрішній діаметр корпусу, мм2;
n = 747 - кількість труб;
d = 25 – зовнішній діаметр труб, мм.
Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Підставляючи дані у формулу, знаходимо гідравлічний опір теплообмінника
Розрахунок вентилятора
Для вибору вентилятора необхідно знати загальний гідравлічний опір мережі, що складається з сум гідравлічних опору всіх пристроїв і гідравлічного опору трубопроводу.
Загальний гідравлічний опір визначається за формулою
де
гідравлічний опір поглинача;
гідравлічний опір теплообмінника;
гідравлічний опір трубопроводу;Підставляючи дані у формулу, отримуємо
;Виходячи з загального гідравлічного опору мережі і об'ємної витрати газової суміші, підбираємо вентилятор або газодувку. Визначаємо необхідну потужність для руху газової суміші, кВт, за формулою
Де
V- об'ємна витрата газо-повітряної суміші в нормальних умовах, м3/с (див. завдання);
- загальний гідравлічний опір мережі, Па;η – ефективність вентилятора, вибирається з каталогу в залежності від типу вентилятора.
Підставляючи дані у формулу, отримуємо
Приймаємо вентилятор [1 с. 42] марки В-Ц14-46-5К-02 з наступними характеристиками
| Продуктивність | 3,67 м3/с |
| Тиск нагнітання | 2360 Па |
| Кількість обертів | 24,1 с-1 |
| Потужність | 13 кВт |
3. Перевірка апарату на міцність, герметичність, стійкість
3.1 Вибір конструкційних матеріалів
Згідно з паспортом на апарат, а також умовами експлуатації (середовище агресивне), вибираємо як матеріал корпусу в нержавіючу сталь марки 12Х18Н9Т.
Напруга, що допускається при температурі експлуатації апарата складе .
Допустиму напругу [σ] визначаємо за формулою (3.79) відповідно до використання ГОСТ 34233.1-2017 [7]:
11Equation Section (Next)22Equation Section (Next)33Equation Section (Next)434\* MERGEFORMAT (.)де
- Поправочний коефіцієнт, що дорівнює 1 [7]; 
- нормативна напруга, що приймається відповідно до таблиці А1 [7] і для робочих умов в апараті дорівнює 108 МПа.Враховуючи, що поздовжні та поперечні шви обечайок сталевих апаратів повинні бути тільки стиковими, та припускаючи двостороннє зварювання, виконане автоматично, приймаємо φ = 1 [7].
1 2 3 4