Технико-экномический расчет насадочного абсорбера

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. 2), 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. 2), называемой точкой подвисания.

 

 

Рисунок 2.   Зависимость гидравлического 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.

В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышенных давлениях). Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, гидравлическое сопротивление может оказаться недопустимо большим, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому наиболее эффективный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно установить только путем технико-экономического расчета.

 

 

Рисунок 3.    Эмульгационная насадочная колонна

1 – колонна, 2 – гидравлический  затвор, 3 – вентиль, 4 – распределительная  тарелка.

В обычных насадочных колоннах поддержание режима эмульгирования представляет большие трудности. Имеется  специальная конструкция насадочных колонн с затопленной насадкой, называемых эмульгационными (рис 3). В колонне 1 режим эмульгирования устанавливают и поддерживают с помощью сливной трубы, выполненной в виде гидравлического затвора 2. Высоту эмульсии в аппарате регулируют посредством вентилей 3. Для более равномерного распределения газа по сечению колонны в ней имеется тарелка 4. Эмульгационные колонны можно рассматривать как насадочные лишь условно. В этих колоннах механизм взаимодействия фаз приближается к барботажному.

Четвертый режим — режим  уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым  потоком. Этот режим на практике не используется.

Рисунок 4.    Принципиальная система абсорбционной установки:

1- вентилятор (газодувка); 2 – абсорбер; 3 – брызгоотбойник; 4, 6 – оросители; 5 – холодильник; 7 – десорбер; 8 – куб десорбера; 9, 13 – емкости дл абсорбента; 10, 12 – насосы; 11 – теплообменник-рекупелятор

 

На  рисунке 4  дана схема абсорбционной установки. Газ на абсорбцию подается газодувкой 1 в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или тарелки). Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Очищенный газ, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7, после предварительного подогрева в теплообменнике-рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится в кубе 8, обогреваемом, как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 11, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.

4. Выбор конструкционных материалов аппарата

 

В качестве конструкционных  материалов для изготовления аппаратов  выбираем листовой прокат, а для  изготовления патрубков - трубный прокат.

 

 Основным критерием  при выборе конструкционного  материала для химической аппаратуры  является его химическая и  коррозионная стойкость в рабочей  среде. Наряду с этим к конструкционным  материалам одновременно предъявляются  требования высокой механической  прочности, жаростойкости, сохранение  пластичных свойств при высоких и низких температурах. Необходимо также учитывать физические свойства материалов (теплопроводность, линейное температурное расширение), а также некоторые другие соображения технико-экономического порядка, такие как дефицитность, стоимость материала. Также должна обеспечиваться хорошая свариваемость материалов.

 

Среда в колонне - вода, температура  рабочей среды 20°С, давление - 0,02 МПа. В теплообменнике - в трубном пространстве пар, в межтрубном вода, которые малоагрессивны.

 

Выбираем материал для  изготовления аппаратов в целом, - Сталь 20 по ГОСТ 380-88. Эта сталь хорошо свариваемая, обладает хорошей коррозионной стойкостью в данной среде. Способ сварки для днищ с обечайкой – стыковкой, выполненный ручной дуговой сваркой.

 

 Для сварки патрубков,  фланцев к корпусу аппарата  выбираем так же способ, вручную  электродуговой сваркой. Тип марки  электродов Э 42 по ГОСТ 0467-70. Крепежные детали для фланцевых соединений по ГОСТ 7798-70, гайки по ГОСТ 5916-70. Материал сталь 35.

 

5. Описание технологии изготовления аппарата.

Основными частями любого насадочного абсорбера являются корпус и контактные устройства (насадка). На изготовление и сборку колонных аппаратов распространяются требования ОСТ 26.231-79.

Технологический процесс  сборки и сварки колонной аппаратуры  состоит  из следующих технологических операций:

сборка и сварка секций корпуса; сборка корпуса колонны; разметка корпуса; установка деталей и  сборочных единиц тарелок и других элементов внутренней начинки, привариваемых к корпусу; сборка нижнего днища и корпуса вертикальной опоры; контроль положения привариваемых внутренних деталей колонны и их сварки с корпусом; установка и приварка штуцеров, люков и муфт к корпусу колонны; установка съемных деталей и сборочных единиц внутренних элементов колонны. Сборка и сварка частей корпуса колонны, испытание, отделка и подготовка колонны к отгрузке или монтажу в случае до изготовления колонны на монтажной площадке.

Сборка и сварка секций корпуса колонны. При разбивке корпуса колонны на секции учитываются следующие факторы: секции по длине должны быть транспортабельны по железным дорогам; вес секции колонны без установленных съемных деталей не должен превышать грузоподъемные возможности завода-изготовителя  и предприятия-заказчика.

Обечайки, поступающие на сборку, должны быть изготовлены в  соответствии с техническими требованиями и иметь механически обработанные и разделанные под сварку, согласно чертежу, кромки.

Сборка секций выполняется  последовательным наращиванием обечаек  согласно карте раскроя корпуса  на стенде сборки кольцевых  стыков.

Перед выполнением операций сборки секций корпуса проводят контрольную  проверку точности установки роликоопор стенда сборки кольцевых стыков обечаек.

При сборке секций должны быть обеспечены следующие требования: отклонение по длине не должно превышать ±25 мм, так как для всего аппарата, допускаемое отклонение составляет ±75 мм; непрямолинейность не должна выходить за пределы 10 мм; расположение продольных швов обечаек должно исключать возможность попадания люков и штуцеров диаметром более 150 мм на продольные швы обечаек; для обеспечения этого требования при сборке секций корпуса необходимо строго соблюдать расположение продольных швов, указанное в карте раскроя корпуса; смещение кромок в кольцевых стыках секций корпуса не должно быть более 5 мм.

Установка наружной арматуры. После разметки корпуса производится вырезка отверстий для установки люков, штуцеров, муфт и других элементов арматуры колонны. Вырезку отверстий под люки и штуцеры, расположенные вблизи от стыков днищ с корпусом и от монтажных стыков, производят после приварки днищ к корпусу и сварки монтажного стыка. Этим устраняется влияние местной деформации корпуса, связанной с большим объемом металла, наплавленного при сварке. После сборки арматуры сваривают внутренние швы соединения арматуры с корпусом колонны. Чтобы уменьшить влияние деформации от наплавленного металла сварных швов на точность корпуса, сварку наружных швов соединений производят после установки и приварки внутренних несъемных деталей и сборочной единицы – насадки.

Исключение составляют те сварные соединения штуцеров и муфт, которые перекрываются при установке  внутренних устройств колонны, а  поэтому невозможен или затруднен  процесс сварки указанных сборочных  единиц с корпусом колонны и контроль ее качества. В этих случаях необходимо произвести сварку в соответствии с чертежом и перед установкой внутренних устройств выполнить необходимые испытания сварного соединения (гидравлическое, пневматическое или керосином с предварительным обмеливанием поверхности).

Сборка корпуса  с днищами и опорой. Перед установкой днищ в корпусе колонны должны быть установлены съемные детали, включая насадку и другое оборудование, которые будут мешать сборке и сварке днищ с корпусом и монтажных стыков. Верхнее и нижнее днища поступают на сборку собранные, сваренные и отделанные согласно чертежу. Обязательно кернение рисок главных осей в местах стыковки днищ.

 

 

 

 

 

 

 

После установки и приварки днищ с корпуса колонны удаляются калибровочные и бандажные кольца. Подкладные обечайки сохраняются обычно для обеспечения сборки и сварки стыков на монтаже и удаляются только перед заключительным гидроиспытанием колонны.

После сборки корпуса колонны  с опорой аппарат должен отвечать следующим требованиям: кривизна не более 30 мм, отклонение длины корпуса не должно превышать 0,3% от номинальной длины и быть не более ± 75 мм; непараллельность нижнего торца опоры контрольным рискам на корпусе колонны не должна превышать 5 мм [7].

 

 

Вывод.

 

В данной курсовой работе был  создан насадочный абсорбер, полно  отвечающий потребностям химической промышленности, дающий наибольший экономический эффект и обладающий наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Главными показателями аппарата являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малая масса и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий ресурс долговечности и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.

В конструкции колонны  соблюдены требования технической  эстетики. Аппарат имеет красивый внешний вид, изящную строгую  отделку

 

 

Список  литературы.

 

1. .  Орлов Л.И. Основы конструирования.- М. : Машиностроение, 1974. т. 1-623 с.
2. . Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. Учеб.пособие для студентов вузов. М.Машиностр. 1998-368 с.
3. .  Телленс Я.Ф. Работа конструктора М. Машиностроение 1985-496 с.
4. . Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Л:Машиностр. 1981-382 с.

5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л., Химия, 1976. 552 с.

6. Дытнерский Ю. И. Хим. и нефт. машиностроение, 1964, № 3.

7. Ткачев  А.Г. Технология аппаратостроения. – М.: Машиностроение, 2001г.