Расчет установки для абсорбции диоксида углерода водой

 (4.23)

Относительная тепловая нагрузка со стороны охлаждающей воды по формуле (4.18):

Определение погрешности в расчете:

Т.к. погрешность составляет менее 5%, то принятая температура стенки может  считаться удовлетворительной и  соответствующей истине /4/.

Определение величины средней тепловой нагрузки производится по следующему уравнению:

.  (4.24)

7. Определение коэффициента теплопередачи и истинной поверхности теплообмена

Определение истинного коэффициента теплопередачи производится по следующему уравнению /2/:

,  (4.25)

где q - тепловая нагрузка, определенная по уравнению (4.24) и равная 739,74 ; - средняя разность температур, определенная по уравнению (4.9) и равная 5,42 °С.

Определение истинной поверхности теплообмена, необходимой для осуществления процесса теплообмена /4/:

  (4.26)

Теплообменник (см. п. 4.3) выбран не правильно, в связи с тем, что рассчитанная по формуле (4.26) поверхность теплопередачи больше поверхности теплопередачи выбранного стандартизированного теплообменника (625 м²).

Поэтому выбираем теплообменник в  том же ряду, но с большей поверхностью теплопередачи, равной 937 м².

Тогда запас поверхности будет  равен

8. Определение гидравлического сопротивления теплообменника

Гидравлический расчет проводят по формулам расположенным ниже.

Для определения гидравлического  сопротивления межтрубного пространства теплообменника служит следующее уравнение /3/:

,  (4.27)

где  w_мтр - скорость движения теплоносителя в межтрубном пространстве, .

Число рядов труб, омываемых потоком  в межтрубном пространстве, m = /3/; округляя в большую сторону, получим m = 24. Число сегментных перегородок x = 14 /3/. Диаметр штуцеров в кожухе 350 мм. Следовательно, скорость поглотителя в штуцере

  (4.28)

Для определения гидравлического  сопротивления трубного пространства теплообменника служит следующее уравнение /3/:

,  (4.29)

где  w_тр - скорость движения теплоносителя в трубном пространстве .

Коэффициент трения для переходного режима определяется по формуле

, (4.30)

где – относительная шероховатость труб, Δ = 0,2 мм, следовательно, .

Диаметр штуцеров в кожухе 200 мм. Следовательно, скорость охлаждающей воды в штуцере

  (4.31)

 

5. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО 
   ОБОРУДОВАНИЯ

Подбор вспомогательного оборудования включает подбор холодильника газовой  смеси, компрессора для подачи газовой  смеси, насоса для подачи поглотителя.

 

1. Ориентировочный расчет теплообменника для охлаждения газовой смеси

Необходимо выбрать и рассчитать теплообменник для охлаждения газовой смеси расходом 6000 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 /2/.

Средняя температура теплоносителя  в теплообменнике (4.2):

Плотность SO₂ при нормальных условиях равна 2,93

  

Тепловая нагрузка, согласно уравнению (4.1) составляет:

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 представлено на рисунке 5.1.

 

Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника

Рассол        –10 °C 0 °C

Газовая смесь 18°C 42°C

Рис. 5.1.

 

В виду того, что

,

то средняя разница температур определяется

Среднюю температуру хладагента рассчитаем по формуле (4.2)

Теплоемкость рассола при этой температуре с=3,372×10³ /5/.

Примем значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному  движению жидкости 60 /5/. 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 /4, стр. 51/.

 

2. Ориентировочный расчет насоса

 

Подобрать насос для перекачивания поглотителя при температуре 32 °С из емкости в аппарат, работающий под давлением 2,4 МПа. Процесс осуществляется в соответствии со следующей монтажной схемой (см. рис. 5.3).

1. Выбор трубопровода для всасывающей и нагнетательной линии.

Расход поглотителя 91,31 , учитывая, что плотность воды при 32 °С равна 995,2 , то объемный расход поглотителя .

Для всасывающего и нагнетательного  трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2 . Тогда диаметр по формуле (3.42)

 

Монтажная схема.

 

 

 

 

Рис. 5.3.

 

 

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 273 мм, толщиной стенки 10 мм. Внутренний диаметр трубы 253 мм. Фактическая скорость воды в трубе

2. Определение потерь на трение и местные сопротивления.

Число Рейнольдса m =1,005 м при 32 °С для воды

Режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной D=2×10^-4 м. Тогда

Далее получим:

.

Таким образом, в трубопроводе имеет  место смешанное трение, и расчет коэффициента трения l следует проводить по формуле /3, стр. 14/

.  (5.2)

.

Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений.

Для всасывающей линии:

1. вход в трубу (принимаем с острыми краями): x₁=0,5;
2. прямоточный вентиль для d=0,253 м:

Сумма местных сопротивлений

.  (5.3)

Потерянный напор во всасывающей  линии находим по формуле /3/

.  (5.4)

где l–длина трубопровода, м.

Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений для нагнетающей линии:

1. вентиль нормальный (2 шт.): x₁= 5,1, т.к. d=0,253 м.

3. прямоточный вентиль для d=0,1 м:

4. колено с углом 90° (2шт.): для d=0,253 м /3/.

5. теплообменник или

Сумма местных сопротивлений по формуле (5.3)

Потерянный напор в нагнетательной линии по формуле (5.4)

3. Выбор насоса.

Находим потребный напор насоса по формуле /3, стр. 21/

  (5.5)

где p₁ – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость; p₂ – давление в аппарате, в который перекачивается жидкость; H_Г – геометрическая высота подъема жидкости; h_п – суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

.

Такой напор при заданной производительности можно обеспечить путем установки центробежного многоступенчатого секционного насоса марки ЦНС60/330.

 

3. Выбор компрессора

Необходимо подобрать компрессор для перекачивания газовой смеси через абсорбер. Расход газовой смеси , температура поступающей смеси 42 °С. Исходная газовая смесь содержит 7 % СO₂ и 93 % воздуха. Газовая смесь вводиться в нижнюю часть абсорбера, где происходит процесс абсорбции под давлением 2,4 МПа. Следовательно, выбираем одноступенчатый поршневой компрессор марки 4M 10-200/2,2, мощностью 630 кВт, частотой вращения 500 мин^-1 /7/.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе была рассчитана линия для  абсорбции СO₂.

Процесс абсорбции СO₂ из газовой смеси, концентрацией 7 % СO₂ и 93 % воздуха осуществляется в тарельчатом абсорбере диаметром 1600 мм и высотой 12925 мм при температуре абсорбции 18 °С. Производительность абсорбера по газовой фазе при нормальных условиях. Для проведения процесса абсорбции в колонне установлено две секции насадки керамические кольца Рашига 35´35´4, общей высотой 4 м.

Поглотитель (абсорбционная вода) подается в абсорбционную колонну  при помощи центробежного многоступенчатого секционного насоса марки ЦНС60/330.

Поглотитель охлаждается в кожухотрубчатом  теплообменнике диаметром кожуха – 1200 мм, диаметром труб – 20´2 мм, общим числом труб – 1658 шт, числом ходов – 2, длиной одного хода – 9 м, поверхностью теплообмена – 937 м².

Газовая смесь подается на абсорбцию одноступенчатым поршневым компрессором марки 4M 10-200/2,2, мощностью 630 кВт, частотой вращения 500 мин^-1.

Охлаждается газовая смесь при  помощи кожухотрубчатого теплообменника 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.

Рассчитанная очистная линия позволяет  производить абсорбцию СO₂ до степени, определенной в выданном курсовом задании.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. –М.: Химия, 1973.
2. Калишук Д.Г., Протасов С.К., Марков В.А. Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к курсовому проектированию по одноименной дисциплине для студентов очного и заочного обучения. – Мн: Ротапринт БГТУ, 1992.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю. И. Дытнерского.– М.: Химия, 1991.
4. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1970.
5. Колонные аппараты. Каталог.–М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987.
6. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1966.
7. Воздуходувки и компрессоры, изготавливаемые заводами. Материал для проектировщика. –М.: Химия, 1992.