Проектирование и расчет тарельчатого абсорбера в производстве водки

_{тарелке, м; l – характерный линейный размер, равный среднему диаметру пузырька или газовой струи в барботажном слое, м.}

_{Критерий  гидравлического  сопротивления, характеризующий  относительную величину удельной поверхности  массопередачи на тарелке:}

_{Гидравлическое  сопротивление барботажного газожидкостного  слоя (пены) на тарелке, Па:}

     _{В интенсивных гидродинамических  режимах характерный  линейный размер l становится практически постоянной величиной, мало зависящей от скоростей фаз и их физических свойств. В этом случае критериальные уравнения, решенные относительно коэффициентов массоотдачи, приводятся к удобному для расчетов виду:}

                    

                                         (27)

                                                                          ₍₂₈₎

     Коэффициент диффузии этилового спирта в газе можно рассчитать по уравнению:

                                           ,                                       (29)

где - мольные объемы этилового спирта и воздуха в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см³/моль; М_сп и М_в – мольные массы соответственно этилового спирта и воздуха, кг/кмоль.

     По  данным таблицы  [4, стр. 70]: см³/моль, см³/моль

     Подставляя  значения в (29), получаю:

м²/с,

тогда 
 

     Выражаю β_yf в выбранной для расчета размерности:

  .

     В разбавленных растворах коэффициент  диффузии D_х может быть достаточно точно рассчитан по уравнению:

                                 ,                                         (30)

где М – мольная масса воды, кг/кмоль; Т – температура воды, К; μ_х – вязкость воды, мПа*с; υ_сп – мольный объем этилового спирта, см³/моль; β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул, β = 1,5 для этилового спирта.

     Подставив значения, получаю:

м²/с,

тогда

м/с.

     Выражаю β_xf в выбранной для расчета размерности:

  ,

где с_{х ср} – средняя объемная концентрация этилового спирта в поглотителе, кг СП/м³*см.

.

     По  уравнению (20) рассчитываю коэффициент массопередачи в газовой фазе К_yf:

. 
 
 
 
 
 

3.6 Поверхность массопередачи и число тарелок абсорбера 

       Поверхность массопередачи в абсорбере по уравнению (1) равна:

м².

     Число тарелок абсорбера нахожу по уравнению: (31)

 где  f - рабочая площадь провальной тарелки.

                                                                                                        (32)

 где - доля рабочей площади тарелки, м²/м²; d – диаметр абсорбера, м.

     Тогда требуемое число тарелок

     Принимаю чётное число тарелок, т.е n = 12. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.7 Выбор расстояния  между тарелками  и определение  высоты абсорбера 

     Расстояние  между тарелками принимают равным или несколько большим суммы  высот барботажного слоя (пены) h_п и сепарационного пространства h_c:

                                                                                                       (33)

     Высоту  сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса  с тарелки, принимаемого равным 0,1 кг жидкости на 1 кг газа. Рекомендованы расчетные уравнения для определения брызгоуноса е (кг/кг) с тарелок различных конструкций.

     Для провальных тарелок:

                                                                                                         (34)

где - поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости; А = 1,4*10^-4 – коэффициент; m=2,56 и n=2,56 – показатели степени.

     По  уравнению (34) нахожу:

     

     Решая относительно h_c, получаю h_c = 0,04м. Тогда расстояние между тарелками

     

     Выбираю расстояние между тарелками абсорбера  h = 0,2м. Тогда высота тарельчатой части абсорбера

     

Но, с  учетом того, что расстояние между  тарелками в месте установки  люка = 0,8м, H_т= 2,8м.

     Принимаю  расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 1,6м; расстояние между нижней тарелкой и днищем абсорбера 2,8м. Тогда общая высота абсорбера

 
 
 
 
 

3.8. Гидравлическое сопротивление  тарелок абсорбера 

     Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяют по формуле

                                                                                                                                (35)

     Полное  гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:

                                                                                                       (36)

     Гидравлическое  сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки

                                                                                                            (37)

     

     Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке

                                                                                                                               (38)

     

     Гидравлическое  сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения

                                                    

                                                        (39)

     

     Тогда полное гидравлическое сопротивление

                                              

     Гидравлическое  сопротивление всех тарелок абсорбера

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.9 Расчет штуцеров 

     Диаметр штуцеров находится по общей формуле

                                                     ,                                               (40)

где G(L) – расход жидкости или газа, кг/с;

ρ –  плотность жидкости или газа, кг/м³;

ω –  скорость жидкости или газа в штуцере, м/с.

     Величина  скоростей сред принимается по рекомендации.

     Результаты  расчета сведены в таблицу 2. 

     Таблица 2 - Диаметры штуцеров 

 
 
 
 
 
 

                   
 

4 Прочностной расчет  основных элементов  колонны 

     Целью расчета является определение размеров основных элементов аппаратов, исходя из условий прочности и устойчивости. Расчет ведется согласно [7]. 

     Исходные  данные:

Диаметр аппарата                                                                                        d = 1 м;

Давление  в колонне                                                                        Р_абс = 0,12 МПа;

Расчетная температура                                                                              t = 82 ⁰C;

Материал  аппарата                                                                          Ст 08Х22Н6Т;

Срок  службы аппарата                                                                           τ_а = 10 лет;

Скорость  коррозии или эрозии                                                     П = 0,1 мм/год;

Допускаемое напряжение                                                               [σ] = 214,4 МПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.1 Расчет толщины обечаек 

     Расчет  толщины обечаек проводят в соответствии с ГОСТ 14249-80.

     Исполнительную  толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываю по формуле

                                                

,                                       (41)

где φ  – коэффициент прочности сварных  швов, для бесшовных элементов φ=1;

с –  прибавка к расчетным толщинам элементов, м

мм.

     Подставляя численные значения в (41), получаю

м.

     Согласно  [1] при диаметре колонны d = 1 м минимальная толщина стенки должна быть не менее 10 мм, поэтому s = 10 мм.