Расчет насадочного абсорбера

АННОТАЦИЯ

 

Курсовой проект выполняется  по дисциплине «Расчет и конструирование  нефтехимического оборудования»

 

Тема курсовой работы: «Расчет насадочного абсорбера»

 

Исполнитель: Ильясова А.

 

Руководитель: Туляев Ю.К.

 

Название проектировочного аппарата: насадочный абсорбер.

 

Год защиты: 2012

 

Курсовой проект состоит  из:

1. Пояснительной записки;
2. Чертежа общего вида абсорбционной колонны

 

 В данной курсовой работе произведены расчеты элементов конструкции абсорбера с насадкой по главным критериям работоспособности (надежности, прочности, герметичности, устойчивости, жесткости, виброустойчивости)   при воздействии на них соответствующих напряжений.

В процессе заполнения задания  были изложены: конструкция и работа аппарата, особенности выбора и использования отдельных конструктивных элементов, теоретические основы расчета аппарата, способы изготовления, правила Госгортехнадзора.

 

Данная работа содержит:

Страниц 36

Таблиц 1

Схем и рисунков 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Нормативные  ссылки………………………………………………3

Сокращения и обозначения………………………………………..4

           Введение ……………………………………………………………5-6

1. Конструкция и устройство аппарата ………………………….7-11
2. Выбор конструкционных материалов аппарата ……………...11-13
3. Расчет на прочность основных конструктивных  элементов аппарата………………………………………………………….14-31
4. Требования к испытаниям аппарата и правила

Госгортехнадзора……………………………………………….31-34

Заключение ………………………………………………………...35

Список использованной литературы …………………………….36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

При выполнении чертежей, схем, эскизов соблюдены правила, установленные стандартами ЕСКД, ЕСТД, СПДС, включая ГОСТ 1.701, а также ЮКГУ 4.6-002-2004 «Правила оформления учебной документации. Общие требования к графическим документам» и методические указания для выполнения курсовой работы студентов по дисциплине: «Расчет и конструирование химического и нефтегазового оборудования» . Для студентов специальности: 5В072400 – Технологические машины и оборудование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОКРАЩЕНИЯ  И ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

a- удельная поверхность, ;

D-коэффициент диффузии,

d-диаметр, м;

F-поверхность массопередачи, ;

G- расход инертного газа,

g- ускорение свободного падения,

H,h-высота,

K- коэффициент массопередачи;

L- расход поглатителя, кг/с;

M- масса вещества, передаваемого через поверхность массопередачи в единицу времени, кг/с;

Mбу- мольная масса бензольных углеводородов, кг/кмоль;

m- коэффициент распределения;

P- давление, МПа;

T- температура, К;

U- плотность орошения, ;

w- скорость газа, м/с;

x- концентрация жидкости;

y- концентрация газа;

ΔXср- средняя движущая сила абсорбции по жидкой фазе, кг/кг;

ΔYср- средняя движущая сила абсорбции по газовой фазе, кг/кг;

β- коэффициент массоотдачи;

ε- свободный объем, ;

ρ- плотность, кг/ ;

μ- вязкость, Па*с;

λ- коэффициент трения;

σ- поверхностное натяжения, Н/м;

ψ- коэффициент смачиваемости;

ζ- коэффициент сопротивления;

Re- критерий Рейнольдса;

Fr- критерий Фруда;

Гс- критерий гидравлического сопротивления;

Nu- диффузионный критерий Нуссельта.

Индексы:

к- конечный параметр;

н- начальный параметр;

х- жидкая фаза;

у- газовая фаза;

ср- средняя величина;

О- при нормальных условиях;

в- вода;

*- равновесный состав.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью механического  расчета химического и нефтехимического оборудования является определение размеров отдельных элементов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию машин и аппаратов за счет достаточной механической прочности, плотности разъемных соединений, устойчивости к сохранению формы и необходимой долговечности.

Конструкция аппарата должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки и продувки. Внутренние устройства, препятствующие осмотру, должны быть съемными. Рубашки допускается выполнять приварными. Аппараты должны иметь люки-лазы для внутреннего осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. При наличии у аппарата съемных крышек или днищ и фланцевых штуцеров, обеспечивающих возможность внутреннего осмотра, лазы и люки в аппаратах не обязательны. Кожухотрубчатые теплообменники (за исключением испарителей с паровым пространством), а также аппараты с рубашкой для криогенных жидкостей допускается выполнять без лазов.

Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь  штуцера для наполнения и слива воды, а также для поступления и удаления воздуха (можно использовать технологические). На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности гидроиспытаний в горизонтальном положении.

Для подъема и установки  аппарата на нем требуется предусмотреть строповые устройства. Допускается для этих целей использовать имеющиеся на аппарате элементы (горловины, штуцера, уступы и др.), если прочность их при этом не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом.

Специфические условия эксплуатации химического оборудования, характеризуемые широким диапазоном давлений и температур при агрессивном воздействии среды, определяют следующие основные требования к конструкционным материалам:

- высокая химическая  и коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах;

- высокая механическая  прочность при заданных рабочих  давлениях, температуре и дополнительных  нагрузках, возникающих при гидравлических  испытаниях и в период эксплуатации  аппаратов;

- хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений;

- низкая стоимость  и недефицитность материалов.

Работоспособность материала  оценивается критериями: прочностью, жесткостью, устойчивостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Критерий прочности  предполагает три ее вида: статическую, циклическую и контактную.

На статическую прочность  рассчитывают:

а) аппараты под постоянным внутренним давлением;

б) быстровращающиеся  диски и оболочки;

в) элементы машин и  аппаратов, находящиеся под постоянной нагрузкой.

На циклическую прочность  рассчитывают детали, находящиеся под  переменной нагрузкой (валы, зубчатые колеса, пружины и т.п.).

На контактную прочность  рассчитываются такие элементы машин  и аппаратов, как пара бандаж-ролик, кулачок-толкатель и т.д.

Критерий жесткости  является основным для таких элементов, как рамы, корпусные детали машин, нагружаемые статически, валы передач  и т. д.

Критерий устойчивости учитывается при расчете оболочек, нагруженных наружным давлением или сосредоточенными силами, при расчете длинных штоков, стержней, стоек и т.п.

Критерий износостойкости  используют при выборе деталей, подверженных ударным и истирающим воздействиям, например деталей дробилок и мельниц.

Критерий химической и коррозионной стойкости является основным при выборе конструкционного материала. Обычно выбирается материал, абсолютно или достаточно стойкий в среде при ее рабочей температуре и концентрации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Конструкция и устройство аппарата

 

      Аппарат предназначен для поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

Широкое распространение  в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой — твердыми телами различной формы.

В насадонной колонне  жидкость течет по элементу насадки  главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах — только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется Новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

 

 

Рисунок 1.   Насадочный абсорбер:

1 – насадки, 2 – опорная решетка, 3 – распределитель жидкости, 4 – перераспределитель жидкости.

 

В насадочной колонне  насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока  жидкости. Последняя с помощью  распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом — большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2—3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

Гидродинамические режимы. Насадочные абсорберы могут работать в различных  гидродинамических режимах. Эти  режимы видны из графика (рис. XI-13), выражающего  зависимость гидравлического сопротивления орошаемой насадки от фиктивной скорости газа в колонне.

Первый режим — пленочный  — наблюдается при небольших  плотностях орошения и малых скоростях  газа. Количество задерживаемой в  насадке жидкости при этом режиме практически не зависит от скорости газа. Пленочный режим заканчивается в первой переходной точке (точка А, рис. XI-13), называемой точкой подвисания.

 

 

 

Рисунок 2. Зависимость гидровлического сопротивления насадки от скорости газа в колонне

1 – сухая насадка, 2 – орошаемая насадка

 

Второй режим —  режим подвисания. При противотоке  фаз вследствие увеличения сил трения газа о жидкость на поверхности соприкосновения  фаз происходит торможение жидкости газовым потоком. В результате этого  скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой в насадке жидкости увеличиваются. В режиме подвисания с возрастанием скорости газа увеличивается смоченная поверхность насадки и соответственно — интенсивность процесса массопередачи. Этот режим заканчивается во второй переходной точке В, причем в режиме подвисания спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т. е. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интенсивности массообмена.

Третий режим —  режим эмульгирования — возникает в результате накопления жидкости в свободном объеме насадки. Накопление жидкости происходит до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом наступает обращение, или инверсия, фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ — дисперсной). Образуется газо-жидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газожидкостную эмульсию. Режим эмульгирования начинается в самом узком сечении насадки, плотность засыпки которой, как указывалось, неравномерна по сечению колонны. Путем тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки. Гидравлическое сопротивление колонны при этом резко возрастает, этот режим характеризуется почти вертикальным отрезком ВС.

Режим эмульгирования соответствует  максимальной эффективности насадочных колонн, прежде всего за счет увеличения поверхности контакта фаз, которая  в этом случае определяется не только (и не столько) геометрической поверхностью насадки, а поверхностью пузырьков и струй газа в жидкости, заполняющей весь свободный объем насадки. Однако при работе колонны в таком режиме ее гидравлическое сопротивление относительно велико.