Технологический расчет процесса и аппарата

 

Необходимо подобрать  компрессор для перекачивания газовой  смеси через абсорбер. Расход газовой  смеси  , температура поступающей смеси 42 °С. Газовая смесь вводиться в нижнюю часть абсорбера, где происходит процесс абсорбции под давлением 3,92 МПа. Следовательно, выбираем одноступенчатый поршневой компрессор марки 4M 10-200/2,2, мощностью 630 кВт, частотой вращения 500 мин^-1.

 

Расчет теплообменника для охлаждения газовой смеси

 

Необходимо выбрать и  рассчитать теплообменник для охлаждения газовой смеси расходом 160000 с начальной температурой 42 °С до температуры абсорбции 18 °С. В качестве теплоносителя для охлаждения используем рассол, поступающий из холодильной установки при температуре  – 10 °С.

Средняя температура теплоносителя  в теплообменнике:

Плотность CO₂ при нормальных условиях равна 2,93

 

Тепловая нагрузка, согласно уравнению  составляет:

где G₁ - газовой смеси, ; с₁ - средняя теплоемкость, .

В качестве второго теплоносителя  используется рассол с начальной  температурой – 10 °C и конечной – 0°C. Рассол содержит 20 масс. % хлористого натрия. Теплообмен реализуется при чистом противотоке.

Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника

 

Рассол –10 °C 0 °C

Газовая смесь 18°C 42°C

 

В виду того, что

,

то средняя разница  температур определяется

Среднюю температуру хладагента рассчитаем по формуле 

Теплоемкость рассола  при этой температуре с=3,372×10³ .

Примем значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному движению жидкости 60 . При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит (4.4)

.

 

Для теплоносителей, которые  движутся по трубам и не меняют своего агрегатного состояния, необходимо принять такое количество труб в одном ходе теплообменника n_x, чтобы обеспечивалось их турбулентное движение. Примем число Рейнольдса для теплоносителя в трубах Re » 15000.

Вязкость рассола при  средней температуре –5 °С m=3,438×10^-3 Па×с.

Выбираем кожухотрубчатый  теплообменник с диаметром кожуха –– 1200 мм, диаметром теплообменных труб 20´2 мм, числом ходов – 6, общим числом теплообменных труб – 1544, с поверхностью теплообмена – 582 м² при длине труб – 6 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.РАСЧЕТ АППАРАТА  НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

3.1ПРОЧНОСТНОЙ  РАСЧЕТ

Расчетная температура t=42.

Давление в колонне  P=3,92МПа.

Давление статическое:

, 

.

Расчетное давление:

 

, 

.

Используя программу ПАССАТ были сделаны расчеты толщины  стенки аппарата и крышки, фланцевого соединения, опоры аппарата.

3.2 РАСЧЕТ АППАРАТА  НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ

Определяем массы конструктивных частей колонны:

, 

(кг).

, 

(кг).

, 

(кг).

, 

(кг).

 

, 

(кг).

 кг.

, 

(кг).

Определяем максимальный вес колонны

,                                                                                                            (Н).

 

Максимальный вес части  колонны по сечению выше 1-1:

 , 

(Н).

Минимальная сила тяжести  колонны по сечению выше 1-1 (без  тарелок и без жидкости но с  изоляцией и всеми наружными  конструкциями создающие ветровой напор):

 

, 

(Н).

Минимальная сила тяжести  колонны по сечению выше 2-2:

, 

(Н).

Отношение высоты к расчетному диаметру

 и поэтому  схема аппарата выбирается в  виде консольного стержня упруго  защемленного.

Период собственных колебаний  аппарата .

 

Средний диаметр корпуса  аппарата

, 

(м).

Момент инерции поперечного  сечения корпуса:

, 

().

Тогда период собственных  колебаний:

- при максимальном весе

, 

 

(с).

, 

(с).

- при минимальной силе  тяжести

(с),

(с).

Разбиваем колонну на 3 участков сверху вниз соответственно – 10, 10, 8,4 м.

Поправочный коэффициент  к нормативному скоростному напору для участков аппарата высотой H10м определяем по графику рис. 29.15 :

  ; ; ; Расчетный скоростной напор по участкам:

,

(МПа),

(МПа),

(МПа),

Коэффициенты динамичности определяем по графику на рис. 29.16 :

Для Т=1,04с   - 

Для Т=0,4с  - 

Коэффициент пульсаций скоростного  напора определяем по графику на рис 29.17 :

для участка 1 -

                     2 -

                     3 -

Определяем коэффициент  скоростного напора:

.           

При максимальной силе тяжести

- для участка 1

 ;

- для участка 2

;

- для участка 3

.

 

При минимальной нагрузке

- для участка 1

;

- для участка 2

;

- для участка 3,4,5

.

Силу ветровой нагрузки действующую  на каждом из участков аппарата определяем по формуле

, 

где  - наружный диаметр; - высота i-го участка.

При максимальной силе тяжести

 (МН),

(МН),

(МН),

При минимальной силе тяжести

(МН),

(МН),

(МН),

Изгибающий момент от ветровой нагрузки на аппарат относительно его  основания определяется по формуле

, 

При максимальной силе тяжести

(МН),

(МН),

(МН),

(МН).

При минимальной силе тяжести

(МН),

(МН),

(МН),

(МН).

Общий изгибающий момент от ветровой нагрузки определяется по формуле

, 

По максимальной силе тяжести

М=0,100+0=0,100 (МН),

По минимальной силе тяжести

М=0,119+0=0,119 (МН).

Принимаю толщину цилиндрической части стенки опоры S=12мм.

Напряжения сжатия сечения 3-3 стенки опоры с учетом наличия  в ней отверстия для лаза d=0,6м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата определяется по формуле

 

, 

(МПа).

Напряжение на изгиб в  стенке опоры сечение 3-3 при тех  же условиях определяется по формуле

, 

(МПа).

Отношение

.

Для этого отношения определяем коэффициент  и по графику на рис. 15.8 :

 ;  .

Коэффициент определим по формуле:

, 

,

где МПа для стали 12Х1810Т при t=42 ,=1,97МПа.

Коэффициент определяется по формуле

, 

.

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры определяется по формуле

, 

(МПа).

Допускаемое напряжение на изгиб в обечайке опоры определяется по формуле

, 

(МПа).

Условие устойчивости цилиндрической опоры по формуле 

 

    условие  устойчивости опоры выполнено.

Максимальное напряжение сжатия в сварном шве (опора-корпус) при :

, 

 

34,4МПа - условие прочности сварного шва выполнено.