возрастает по отношению к сероводороду и диоксиду углерода

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: 77 страниц, 9 рисунков, 15 таблиц,
10 источников.
Тема работы: “Абсорбционная установка для очистки природного газа от
кислых компонентов. разработать абсорбер»
Приведены теоретические основы и особенности процесса абсорбции,
выполнены технологические расчеты аппарата, определены его размеры,
обоснован выбор материала для изготовления аппарата.
Расчетами на прочность и герметичность показаны надежность работы
спроектированного аппарата.
Ключевые слова: АППАРАТ, АБСОРБЕР, СЕРОВОДОРОД,
МОНОЭТАНОЛАМИН, РАСЧЕТ.
ВВЕДЕНИЕ
В современной промышленности широкое применение нашли
высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов
с большой единичной мощности, средств механизации и автоматизации.
Колонные аппараты являются основным типом массообменного
оборудования химических, нефтехимических, пищевых, фармацевтических и
других производств. В колонных аппаратах проводятся такие важнейшие
массообменные процессы как абсорбция, адсорбция, десорбция,
ректификация, экстракция и др.
Главным условием работы массообменных колонных аппаратов
является эффективное взаимодействие фаз, которое определяется величиной
создаваемой поверхности контакта фаз и гидродинамическими условиями их
взаимодействия.
Для реализации этих функций необходимы глубокие знания техники и
технологии, методик расчета технологического процесса и оборудования.
Определяющая роль в этом принадлежит курсу “Процессы и аппараты
химической технологии”, который базируется на фундаментальных законах
естественных наук и составляет теоретическую базу химической технологии.
Курсовой проект является завершающим этапом изучения предмета. В
период работы над курсовым проектом учащийся приобрел навыки
самостоятельной работы по выполнению расчетов химической аппаратуры и
графическому оформлению объектов проектирования, познакомился с
действующей нормативно – технологической документацией, справочной
литературой, приобрел навыки выбора аппаратуры и технико-экономических
обоснований.
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Разраб.
Мохамед
Провер.
Смирнов
Подпись Дата
Н. Контр.
№ докум.
Лит.
Лист
Листов
4
Абсорбер для очистки
Лист
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
СумГУ гр. ХМ-51
газа
Реценз.
Изм. Лист
Утверд.
СОДЕРЖАНИЕ
Подпись Дата
Введение
1.Технологическая часть
1.1 Описание технологической схемы производства
1.2 Теоретические основы процесса
1.3 Описание разрабатываемого объекта, выбор материала
в разрабатываемом объекте
2 Технологические и проектные расчеты аппарата
2.1 Технологические расчеты аппарата
2.1.1 Исходные данные
2. 1. 2 Материальный баланс
2.1.3 Тепловой баланс
2.1.4 Химический состав насыщенного абсорбента
2.1.5 Расчет работоспособности клапанных тарелок
2.2 Конструктивные расчеты аппарата
2.3 Определение гидравлического сопротивления аппарата
2.4 Выбор вспомогательного оборудования
3 Прочностные расчеты аппарата
3.1 Расчет толщины стенки аппарата
3.2 Расчет толщины стенки крышки
3.3 Расчет фланцевого соединения
3.4 Расчет и выбор опоры
4 Монтаж и ремонт аппарата
4.1 Монтаж разработанного аппарата
4.2 Ремонт аппарата (описание устранения одной из неисправности)
Литература
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Описание технологической схемы установки
Принципиальная схема установки для очистки от примесей кислых
газов растворами моноэтаноламина показана на рис. 1.1.
Газ, содержащий кислые компоненты, после очистки в сепараторе 1 от
механических примесей, поступает в тарельчатый абсорбер 2, орошаемый
сверху раствором МЭА. Очищенный газ отделяется в сепараторе 3 от капель
влаги и направляется на дальнейшую переработку. Насыщенный кислыми
компонентами абсорбент отводится снизу абсорбера и проходит
выветриватель 4 и теплообменник 5, где подогревается горячим
регенерированным раствором МЭА, отобранным снизу отпарной колонны –
регенератора 6.
Выделившиеся в отпарной колонне пары влаги конденсируются в
конденсаторе 7, конденсат частично отводится из сепаратора 8, а частично в
качестве флегмы подается насосом 9 в регенератор 6. Низ колонны –
регенератора обогревается парами, получаемыми в кипятильнике 13.
Регенерированный абсорбент после охлаждения в теплообменниках 5 и 10
поступает в емкость 11, откуда насосом 12 подается на орошение абсорбера.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
Рисунок 1. 1 – Технологическая схема установки очистки природного газа от
примесей кислых газов (СО2, SО2) раствором моноэтаноламина (МЭА):
Потоки: А – сырой газ; Б – очищенный газ; В – газы выветривания; Г –
кислые газы;
1,3,4,8 – сепараторы; 2 – абсорбер; 5 – теплообменник; 6 – отпарная колонна;
7,10 – холодильники; 9,12 – насосы; 11 – емкость МЭА; 13 – кипятильник.
1.2 Теоретические основы процесса
Абсорбцией называют процесс поглощения растворимого компонента
газовой смеси жидким поглотителем. Абсорбция является типичным
массообменным процессом, в котором поглощаемый компонент из газовой
фазы переходит в жидкую фазу, растворяясь в ней частично или до полного
насыщения. Движущей силой процесса абсорбции является разность
парциальных давлений поглощаемого компонента в газовой фазе (рабочей
концентрации) и в жидкой фазе (равновесной концентрации). Изменяя
условия процесса (температуру и давление), можно влиять на скорость
процесса и направление переноса
Основным законом, определяющим равновесие в системе газ –
жидкость, является закон Генри, согласно которому парциальное давление
компонента в газовой фазе в условиях равновесия пропорционально мольной
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
концентрации
этого
компонента
в
жидкости.
Коэффициент
пропорциональности – коэффициент Генри – зависит от температуры,
природы газа и растворителя. Растворимость газов в жидкостях возрастает с
повышением давления и понижением температуры.
При абсорбции происходит контакт жидкости и газа. При этом масса
одного из компонентов газовой фазы переносится в жидкую фазу и наоборот.
Механизм процесса переноса массы сводится к молекулярной и
турбулентной диффузии. При молекулярной диффузии, происходящей в
неподвижной фазе и ламинарном потоке, перенос массы характеризуется
коэффициентом диффузии. При турбулентной диффузии перенос вещества
осуществляется
движущимися
частицами
и
определяется
гидродинамическим состоянием потока, механизм переноса вещества через
поверхность раздела фаз является кардинальным вопросом теории
массопередачи и окончательно не решен. Предполагая, что диффузионные
сопротивления в жидкой и газовой фазах обладают свойством аддитивности,
можно записать основное уравнение массопередачи:
G  K  F   ср ,
(1.1)
где К – коэффициент массопередачи;
F – площадь поверхности контакта фаз;
Δср – средняя движущая сила процесса.
Среднюю движущую силу процесса можно выразить через разность
парциальных давлений поглощаемого компонента на входе и выходе из
абсорбера Δрср, разность молярных составов, разность относительных
молярных составов, разность молярных концентраций. Так, при выражении
движущей силы через парциальное давление на входе и выходе из абсорбера:
и pв ых  pк  pн ,
(1.2)
где pн и pк – парциальное давление поглощаемого компонента в газе на входе
и выходе из абсорбера;
pкж и pнж - парциальное давление поглощаемого компонента в
жидкости на выходе и входе в абсорбер.
Коэффициент массопередачи определяют в зависимости от способа
выражения движущей силы процесса. Если движущую силу выражают через
концентрации в газовой фазе, то уравнение для расчета к имеет вид:
pв х  pн  pкж
ж
1
1
m


,
K y  y x
(1.3)
Коэффициент массопередачи, отнесенный к концентрации жидкости,
определяют из соотношения:
1
1
1


,
K x m y  x
(1.4)
В этих выражениях βy и βx – коэффициенты массотдачи, которые
характеризуют количества вещества, переносимого внутри фазы в единицу
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
времени через единицу поверхности при движущей силе, равной единице;
m – константа фазового равновесия.
Процесс абсорбции идет до состояния равновесия, характеризуемого
равновесным распределением растворимого газа между инертным газом
(носителем) и жидкостью.
Абсорбентами служат индивидуальные жидкости или растворы
активного компонента в жидком растворителе. Во всех случаях к
абсорбентам предъявляют ряд требований, среди которых наиболее
существенными
являются:
высокая
абсорбционная
способность,
селективность, низкое давление паров, химическая инертность по
отношению к распространенным конструкционным материалам (при
физической абсорбции – также к компонентам газовых смесей),
нетоксичность, огне- и взрывоопасность, доступность и невысокая
стоимость. Промышленные абсорбенты часто не удовлетворяют всем
перечисленным требованиям; это необходимо учитывать при расчете,
проектировании и эксплуатации абсорбционных установок.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
где у/Н2S = 0,0015 — содержание сероводорода в очищенном газе, об. доли;
индекс «0» относится к очищеному газу, «с» — к сырому.
Расчет состава очищенного газа дан в табл.2 .5.
Расход газов, поглощенных раствором МЭА, равен, кг/ч:
Gк=ΣGСі - ΣGі
(2.13)
Gк = 469857 – 441952 =27905
Расход насыщенного кислыми компонентами водного раствора МЭА
равен, кг/ч:
Ан = Ар + Gк
(2.14)
Ан = 459080 + 27905 = 486985
Материальный баланс абсорбера представлен в табл. 2.6.
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
Таблица 2.4 - Расчет состава неочищенного газа
Компонент
Мольная
масса
Мі
Количество
СН4
16
335800
0,73
С2Н6
30
41400
С3Н8
44
С4Н10
H2S
Σ
Количество
Содержание
Gci= VciMi/22,4
Усі = Мiу’cl/ΣMiy’cl
кг/ч
масс. доли
11,68
239857
0,51
0,09
2,7
55446
0,118
32200
0,07
3,08
63250
0,1346
58
32200
0,07
4,06
83375
0,1774
34
18400
0,04
1,36
27929
0,0594
460000
1,000
22,88
469857
1,0000
Vсі м3/ч
Содержание
у/ci=Vi/ΣVci
Міу’сі
мольн. доли
Таблица 2.5- Расчет состава очищенного газа
Компонент
Мольная
масса Мі
Количество
СН4
Количество
Содержание
Gci= VciMi/22.4
Усі = Мiу’cl/ΣMiy’cl
кг/ч
Масс. доли
Міу’сі
Vсі м3/ч
Содержание
уci=Vi/ΣVсі
мольн. доли
16
335792
0,76
12,16
239851
0,5429
С2Н6
30
41390
0,0937
2,81
55433
0,1254
С3Н8
44
32200
0,0729
3,21
63250
0,1433
С4Н10
58
32200
0,0729
4,23
83375
0,1888
H2S
34
28
0,00006
0,00
43
0,00001
441610
1,0000
22,4
441952
1,0000
Σ
Таблица 2.6 - Материальный баланс абсорбера
Поток поступающий в
абсорбер
Количество
кг/ч
Поток
выводимый
из абсорбера
Количество
кг/ч
Неочищенный газ Vc
469857
Oчищенный
газ Vc
441952
Регенерированный
раствор Ap
459080
Насыщеный
раствор Aн
486985
928937
Σ
928937
Σ
1.4.2 Тепловой баланс абсорбера
Тепловой баланс абсорбера составляется для определения
температуры, при которой насыщенный раствор МЭА выводится из
аппарата. Уравнение теплового баланса абсорбера имеет вид:
QVc + QAP +Qa = QV + QAH
(2.15)
где Q - количество тепла соответствующего материального потока, кВт; Qa количество тепла, выделяемого при абсорбции компонентов, кВт.
Количество тепла, вносимого в аппарат газовым сырьем при
температуре t=42°С, равно:
QVc = GcHгtc
(2.16)
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
1
2  х1 2 1  х1 2  10,2

0,864=

 4  3х 
1

х1
3
 0,864
(1.46)
2  х1 2 9  х1 2  4  3х1 3


х1

40 
Значение х1 определяется методом подбора; х1 = 0,0045 кмоль/ч. Уравнения
для расчета х2, х3,х4 имеют вид:
1  х2 3
2 
2 х2 2
 10,2 


 3  х2 
3
(1.47)
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3

1  х2 
1,082 =
4 х2 2
1  х2 3
1,082=
2 х2 2
 3  х2 


 40 
3
 10,2  3,92 


 3  х2 
3
Откуда х2= 0,1087 кмоль/ч;
3
2

2  х3  1  х3 

х3
 10,2 


3

2
х
3 

2
(1.48)
2
2

2  2 х3  1  х3 3  2 х3 
0,95=
10,2  3,92  х3
Откуда х3 = 0,022 кмоль/ч;
4 
1  х4 2
4 х4
0,933 =
(1.49)
2
1  х4 2
4 х4
2
Откуда х4= 0,341 кмоль/ч.
для получения (RNH3)2CO3 в количестве х1 кмоль/ч по реакции (1)
2х1RNH2 + x1CO2 +x1H2O = x1(RNH3)2CO3
Необходимо знать количество прореагировавших веществ.
Количество исходного диоксида углерода равно:
N CO 2 
GCO 2 570

=
M CO 2
44
12,95 кмоль/ч
(1.50)
По реакции (1) прореагировали вещества в количествах:
Gp1CO2 = x1NCO2MCO2 = 0,0045 · 12,95 · 44 = 2,56 кг/ч
(1.51)
Gp2RNH2 = 2x1NCO2MRNH2 = 2 · 0,0045 · 12,95 · 61,1 = 7,13 кг/ч
(1.52)
Gp1H2O = x1NCO2MH2O = 0,0045 · 12,95 · 18 = 1,05 кг/ч
(1.53)
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
Получено по реакции (1):
Gp1(RNH3)2CO3 = x1NCO2M(RNH3)2CO3 = 0.0045·12,95 · 184,2 = 10,74 кг/ч
(1.54)
Или
N(RNH3)2CO3 =
10,74
 0,058
184,2
кмоль/ч
(1.55)
После реакции (1) в насыщенном абсорбенте остаются
непрореагировавшими:
GН1CO2 = GCO2 - Gp1CO2 = 570-2,56 = 567,4
кг/ч
Gн1RNH2 = GRNH2 - Gp1 RNH2 = 11677 – 7,13 = 11669,9
GH1H2O = G H2O - Gp1 H2O =
(1.56)
кг/ч
66152 – 1,05 = 66151 кг/ч
(1.57)
(1.58)
Для получения RNH3HCO3 в количестве 2х2 кмоль/ч по реакции (2)
Х2 (RNH3)2 CO3 + х2 СО2 + х2 Н2О = 2х2 RNH3НCO3
(1.59)
Необходимо рассчитать количества исходных реагентов.
По реакции (2) прореагировали вещества в количествах:
Gp2 (RNH3)2СО3 = х2N (RNH3)2 CO3M (RNH3)2
(1.60)
Gp2 (RNH3)2СО3 =0,1087 · 0,058 · 184,2 = 1,1 кг/ч
Gp2CO2 = х2N (RNH3)2 CO3M СО2 =0,1087 · 0,058 · 44 = 0,27 кг/ч
(1.61)
Gp2H2O = x2N (RNH3)2 CO3 MH2O = 0,1087 · 0,058 · 18 = 0,14 кг/ч
(1.62)
Получено по реакции (2):
Gp2 RNH3 НCO3 = 2х2N (RNH3)2 CO3M (RNH3)2 Н CO3 =2 · 0,1087 · 0,058 ·
123,1 = 1,55 кг/ч
(1.63)
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
В насыщенном абсорбенте остается непрорегировашим диоксидом углерода:
GН2CO2 = G Н1CO2 - Gp2CO2 = 567,4 – 0,27 = 567,1
кг/ч
(1.64)
С учетом содержания остаточного диоксида углерода в поступающем в
аппарат абсорбенте (см. табл.1.3.) количество CO2 , растворенное в
насыщенном абсорбенте составляет:
(GН2)/ = GН2 + 8 = 567,1 + 8 = 575,1 кг/ч
(1.65)
После реакции (2) остались непрореагировавшими:
Gн2 (RNH3)2 CO3 = Gp1 (RNH3)2 CO3 - Gp2 (RNH3)2 CO3 =
(1.66)
10,74 – 1,1 = 9,64 кг/ч
Gн2 H2O = Gн1 H2O- Gp2 H2O = 66151 – 0,14 = 66150,9 кг/ч
(1.67)
Последовательность расчетов превращений по реакциям (3) и (4)
соответствует расчетам превращений по реакциям (1) и (2).
NH 2S 
GH 2 S 1768

 52
M H 2S
34
кмоль/ч
(1.68)
2х3RNH2 + х3H2S = х3 (RNH3)2S
(1.69)
GP3H2S = х3NH2SМH2S == 0,022 · 52 = 38,9 кг/ч
(1.70)
GP3 RNH2 = 2 х3NH2SМ RNH2 == 2 · 0,022 · 52 · 61,1 = 139,9 кг/ч
(1.71)
GP3 (RNH3)2S = х3NH2SМ( RNH3)2S == 0,022 · 52 · 1562,2 = 178,8 кг/ч
(1.72)
Gн3 H2S = G H2S - Gp3 H2S = 1768 – 38,9 = 1729,1 кг/ч
(1.73)
Gн3 RNH2 = Gн1 RNH2 - Gp3 RNH2 = 11669,9 – 139,9 = 11530 кг/ч
(1.74)
Х4(RNH3)2S + Х4 H2S = 2Х4RNH3НS
(1.75)
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
N(RNH3)2S =
G p 3( RNH 3 ) S
M ( RNH 3) 2 S
=
178,8
 1,14 кмоль/ч
156,2
(1.76)
GP4 (RNH3)2S = Х4 N (RNH3)2SМ( RNH3)2S = 0,341 · 1,14 · 156,2 = 61 кг/ч (1.77)
GP4 H2S = х4 N(RNH3)2SМH2S = 0,341 · 1,14 · 34 = 13,3 кг/ч
(1.78)
GP4RNH3HS= 2 х4 N(RNH3)2SМ RNH2 HS = 2·0,341·1,14· 95,1 = 74,2 кг/ч(1.79)
GP4(RNH3)2S = GP3(RNH3)2S - GP4(RNH3)2S = 178,8 – 61 = 117,8 кг/ч
(1.80)
GH4 H2S = GH3 H2S - GP4 H2S =1729,1 – 13,3 = 1715,8 кг/ч
(1.81)
С учетом содержания остаточного сероводорода в поступающем в аппарат
абсорбенте (смотри см.табл. 1,3.) количество H2S, растворённое в
насыщенном абсорбенте, равно
(GH4 H2S)' = GH4 H2S + 8 =1715,8 + 8 = 1723,8 кг/ч
(1.82)
Расчет состава насыщенного абсорбента, выводимого из аппарата , дан в
таблице 1.12.
Таблица 1.12 расчет состава насыщенного абсорбента
Компонент Мольная
масса Мі
Количество
n i=
gi, кг/ч
Содержание
ci=gi/Σgi ci1=ni/Σni
Miсi 1
RNH2
61,1
11530
188,7
масс.
доли
0,1442
Н2О
18,0
66150,9
3675,05
0,827
0,9352
16,84
СО2
44,0
575,1
13,1
0,00719
0,00329
0,14
(RNH3)2
184,2
9,64
0,052
0,00012
0,00001
0,00
=gi/Mi
мол.
доли
0,048
2,94
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
CO3
RNH3
НСО3
Н2S
123,1
1,55
0,0123
0,00002
0,0000
0,00
34,0
1723,8
50,7
0,0215
0,01278
0,43
156,2
117,8
0,754
0,00147
0,0002
0,03
95,1
74,2
0,78
0,00093
0,0002
0,02
16,0
5,0
0,313
0,0000
0,00007
0,00
30,0
3,0
0,1
0,0000
0,00004
0,00
79986
3929,6
1,0000
1,0000
20,4
(RNH3)2 S
RNH3 НS
СН4
С 2 Н6
Σ
-
2.1.5 Расчет работоспособности клапанных тарелок
Работоспособность наиболее нагруженной по газу и жидкости нижней
тарелки абсорбера определяется необходимыми значениями следующих
показателей:
сопротивление тарелки потоку газа;
скорость газа в отверстиях тарелки;
отсутствие провала жидкости;
унос жидкости;
высота слоя пены на тарелке;
градиент уровня жидкости на тарелке;
отсутствие захлебывания.
Сопротивление тарелки потоку газа. Сопротивление (Па) клапанной
тарелки потоку газа рассчитываем по формуле [10]:
Р 

2
 Пог2




0
,
5
 9,81жh  h  0,5Р 

3
2

(1.83)
где  - коэффициент сопротивления тарелки; ωог – скорость газа в
отверстии под клапаном, м/с; h' – высота сливной перегородки, м; h'' –
подпор жидкости над сливной перегородкой, м; Р - сопротивление,
связанное с действием сил поверхностного натяжения, Па.
При полностью открытых клапанах коэффициент сопротивления сухой
тарелки равен   3,63 [10].
Скорость газа в отверстиях тарелки рассчитывается по формуле:
ог 
G
П f
,
(1.84)
где f – площадь сечения отверстий в тарелке, м2.
Размеры клапанных тарелок регламентированы ОСТ – 26-02-1401-75
и ОСТ – 26-02-1402-76, откуда для однопоточной клапанной тарелки типа А
диаметром DT = 3,8 м при доле жирового сечения тарелки Fm = 0,157 м2/м2
найдём f=1,57 м2.
Тогда
or 
79,8
 2,05 ì / ñ
24,8 1,57
Высота сливной перегородки у клапанных тарелок может быть 0,030,04м. Принимаем h'=0,04м.
Подбор жидкости над сливной перегородкой определяем по формуле
h''=0,0029(G/B)2/3
(1.85)
где B = 3,03 м – периметр слива.
Тогда h''=0,0029(79,8/3,03)2/3= 0,026 м.
Сопротивление, связанное с действием сил поверхностного натяжения
жидкости :
Р  4 /dэ
(1.86)
где σ - поверхностное натяжение жидкости σ = 0,054 Н/м;
dэ - эквивалентный гидравлический диаметр щели под клапаном, м.
Для клапанных тарелок
dэ = 2hк = 2·0,01 = 0,02 м
где hк = 0,01 м - высота поднятия клапана.
Следовательно
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
4  0,054
 10,8 Па
0,02
Подставив в формулу для расчета сопротивления тарелки числовые значения
величин, получим:
Р 

2
24,8  2,052
 9,81  9890,04  0,026  0,5  10,8  574 Па
Р = 3,63  0,5
3
2

Сопротивление клапанных тарелок находится в пределах 450—800 Па.
Скорость газа в отверстиях тарелки.
Рассмотрим условие открытия клапана на орошаемой жидкостью
тарелке
ω>ωог,
(1.87)
где ωог - скорость газа (в м/с), определяемая по формуле:
ωог =
3
2 g Gк  Gж
fклп
(1.88)
где g=9,81 м/с2 — ускорение свободного падения; G=0,035 — масса
стального клапана, кг;Gж— масса цилиндрического столбика жидкости над
клапаном, кг; fкл— площадь клапана, на которую действует давление газа, м2.
Массу цилиндрического столбика жидкости над клапаном можно
подсчитать по формуле:
Gж 
d кл2
4
h  hж
(1.89)
где dкл = 0,045 м диаметр клапана.
Тогда
Gж = 3,14·0,0452(0,04+0,026)989 /4= 0,104 кг
Для упрощения принимаем, что площадь клапана, на которую
действует давление газа, равна площади отверстия под клапаном:
d 02
3,14  0,04 2
fêë 

 0,00126 м2
4
4
(1.90)
Тогда
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
ω0 =
3
2  9,810,035  0,104
 4,4 м/с
0,00126  24,8
Такую скорость должен иметь поток газа в отверстии под клапаном, чтобы
поднять клапан и столбик жидкости над ним. После поднятия клапана в
отверстии установится скорость ωог= 2,05 м/с. Условное ωо>ωог выполняется.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
(GCO2)вых — расходы СО2 при вводе газового сырья в аппарат и выводе
из аппарата очищенного газа (см. табл. 1.4 и 1.5), кг/ч.
Подставив числовые значения величин в формулу для расчета
коэффициента получим
CO2)вх,
а 
574  4
 0,993
574
Средний коэффициент извлече ния на тарелках рассчитаем по формуле:
 Кгаhп
  1 е
 ПР
(1.123)
Где Кг - коэффициент массопередачи при хемосорбции, м/ч; а – удельная
поверхность контакта фаз, м2/м3 ; hП – высота газожидкостного слоя, м; ωПР –
приведенная скорость газа при рабочих условиях в нижней части аппарата,
м/с.
Коэффициент массопередачи при хемосорбции рассчитывается через
коэффициент массоотдачи при физической абсорбции по формуле:
1
Кг = 1
г

(1.124)
m
ж
где  — козффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах, м/ч; mі—
константа фазового равновесия для физической абсорбции с поправкой на
ионную силу раствора, полученного в результате хемосорбции.
Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:
 г   рс Fp
(1.125)
где —  рс коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный к единице
рабочей площади Fр (м2) тарелки, м/(ч.м2).
Подставив числовые значения величин в формулу, получим:
 рс = 41700·0,29·0,040,5 = 2419 м/(ч·м2)
Изм. Лист
Изм. Лист
№ докум.
№ докум.
Подпись Дата
Подпись Дата
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Лист
Лист
Рабочая площадь клапанной двухпоточной тарелки диаметром D=2,4 м
равна Fр= 2,93 м2 [13, с. 243].
Тогда
 г =2419·2,93=7088 м/ч
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:
 ж   жс  F
(1.126)
где  жс коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к единице
рабочей площади тарелки, м/(ч·м2).
Для клапанной тарелки коэффициент найдем по эмпирической формуле [12,
с. 504]:
 жс = 240·0,290,35·0,040,58= 24,1 м/(ч.м2)
где А =240, m = 0,35, п= 0,58 — коэффициенты. Коэффициент
 ж равен:
 ж =24,1·2,93 =70,6 м/ч
Подставив в формулу для расчета mі числовые значения величин ,
получим:
mі =
2,28
 20,14
1  (0,03  0,05  1  0,07  3  0,17  1)2,89 0, 75
Коэффициент массопередачи равен:
1
 1,2
Кг = 1
20,14

7088 24,1
We 

g ж h0
2

0,054
 0,0035
9,81  989  0,04 2
(1.127)
Газосодержание рассчитываем по формуле
к 
Fr
1  Fr

0.22
 0.319
1  0.22
(1.128)
Подставив в формулу для расчета удельной поверхности контакта
числовые значения получим
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
Ά =0,64/0,04·0,22 0,2 ·0,00350,6 ·0,3190,3 (0,94·10-3 /0,55·10-3)=
=0,482 м2 /м3
Тогда
  1 е
NT 
9 ,180 , 4820 , 059
0 , 29
 0,5934
9,81(1  0,993)
 5,3  6
lg( 1  0,5934)
Применим в абсорбере клапанные тарелки, к.п.д. которых при
хемосорбции СО2 и Н2 S находиться 10-40%. Приняв среднее числовое
значение η = 25%, найдём число рабочих тарелок.
NP 
6
 24
0.25
Высота части аппарата, занятой тарелками при ht = 0,6м равна
NT = (24 – 1) 0,6 = 13,8 м
Рабочая высота равна:
НР = 1,5 + 13,8+ 1,5 = 16,8 м
Определение диаметра патрубков.
Расчёт произведён согласно по методике, приведённой в [6].
Диаметр штуцера:
d  1,13
V
(1.)

где V – объёмный расход соответствующей среды, м3 /с;
 - скорость движения среды, м/с.
Скорости движения теплоносителей:
- для жидкостей: 0,1 – 0,5 м/с – при самотёке;
0,5 – 2,5 м/с – в напорных трубопроводах;
- для пара
20 - 40 м/с;
- для газов
5 – 15 м/с.
Диаметр патрубка для входа газа в аппарат:
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
d  1,13
287240
 0,523 м.
3600  24,8 15
Принимаем dу = 550мм.
Диаметр штуцера для выхода паров конденсата:
d  1,13
281722
 0,518 м.
3600  24,8 15
Принимаем dу=550мм.
Диаметр штуцера для подвода регенерированного раствора:
d  1,13
179640
 0,179 м
3600  2  998
Принимаем dу = 200 мм.
Диаметр штуцера для отвода насыщенного раствора:
d  1,13
185158
 0,181 м
3600  2  998
Принимаем dу = 200 мм.
2.3 Определение гидравлического сопротивления аппарата.
Гидравлическое сопротивление аппарата ΔРа находят по формуле:
Pа  Р  n
(1.129)
Раннее было определено гидравлическое сопротивление одной
клапанной тарелки ΔР =574 Па.
Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера:
Pà  574  28  16072 Ïà
2.4 Выбор вспомогательного оборудования
Выбор насоса:
Определяем скорость движения жидкости в трубопроводе
w
L
0,785  d 22
w
51,4
 0,455 м/с
0,785  3600  0,2 2
(1.130)
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
 Бt 
PБ 2
1,86

 59,5МПа ;
z Б f Б 92  3,396 10 4
(3.45)
 Б20 
PБ1
2,32

 74,2 МПа .
z Б f Б 92  3,396 10 4
(3.46)
Момент, что скручивает, при затягивании гаек
Мскр = f1
Pбф
zб
d б  0,1
2,32
0,024  6,05 10 5 МН·м.
92
(3.47)
Касательное напряжение в болтах (шпильках)
5
М скр
6,05 10

 33,6 МПа
τб =
3
0,2d 0 0,2  0,0208 3
(3.48)
Эквивалентное напряжение в болтах (шпильках):
20
 БЕ

(3.49)
 
20 2
Б
 3 2  74,2 2  3  33,6 2  94,3МПа;
t
 БЕ
  бt   3 2  59,5 2  3  33,6 2  83,2МПа.
(3.50)
Условие мощности болтов (шпилек)
2
σБЕ20 ≤ [σб]20;
(3.51)
92,3 МПа < 196 МПа – условие выполнено;
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
σБЕt ≤ [σб]t
(3.52)
83,2 МПа < 171 МПа – условие выполнено
Приведенный изгибающий момент в диаметральном сечении фланца в
условиях монтажа:
М01ф=0,5∙РБ1(DБ-Dc.п)=0,5∙2,32∙(3,105-3,036)= 0,08 МН·м.
(3.53)
Приведенный изгибающий момент в диаметральном сечении фланца в
рабочих условиях:
М02ф=0,5∙[PБ2(DБ-Dc.п)+Qд(Dc.п-D-S0)]∙ [ ф ]20 / [ ф ]1 ,
(3.54)
М02ф =0,5∙[1,86 ∙(3,105-3,036)+1,74∙(3,036-3,0-0,012)] 196/171=0,088
МН·м.
Расчетный приведенный момент в диаметральном сечении фланца
М0ф= max{0,08 МН·м, 0,088 МН·м}=0,088 МН·м.
(3.55)
Вспомогательная величина
ε =20∙S0=20∙0,012=0,24
(3.56)
Расчетный диаметр при D ≥ ε
D* = D = 3,0 м.
(3.57)
Максимальные напряжения в сечении S0 фланцев от действия
изгибающего момента М0ф:
 0 ф1  3
Tф  М 0 ф  ф1
D *  S 0  c 
2
,
(3.58)
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
Лист
 0ф1  1,0
1,9  0,08  0,705
 306 МПа.
2
3  0,012  0,0012
 0ф 2  3
Tф  М 0 ф  ф 2
D *  S 0  c 
2
,
(3.59)
 0ф 2  1,0
1,9  0,088  0,717
 342МПа.
2
3,0  0,012  0,0012
Максимальное кольцевые напряжения в дисках фланцев от действия
изгибающего момента М0ф:
 Kф1 


D  hф21

0,08  1  0,705  (1  0,9  0,369) 144
 47,7 МПа.
3,0  0,07 2
(3.60)
 Kф 2 


М 0ф 1   ф1 (1  0,9ф1 )  2ф


М 0ф 1  ф 2 (1  0,9ф 2 )  2ф
D  hф2 2

0,088  1  0,717  (1  0,9  0,353) 144
 51,9МПа.
3,0  0,067 2
(3.61)
Кольцевые меридиональные напряжения во втулке фланцев от
действия внутреннего давления:
 Xф1   Xф2 
pD
0,24  3,0

 33,3МПа;
2  S 0  c  2  0,012  0,0012
 yф1   yф 2 
pD
0,6 1,8

 16,7 МПа.
4  S 0  c  4  0,014  0,00135
(3.62)
(3.63)
Эквивалентные напряжения в сечении So:
 Eф1  (
0 ф1

yф1
) 2   2 xф1  
0 ф1

yф1

xф1
,
(3.64)
 Еф1 
306  16,72  33,32  306  16,7 33,3  306МПа
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
 Eф2  (
0ф 2

yф 2
) 2   2 xф 2  
0ф 2

yф 2
 
xф 2
,
(3.65)
 Еф1 
342  16,72  33,32  342  16,7 33,3  342МПа
Условия прочности:
 Eф1   фS1  ,
(3.66)
0
 
 Eф2   фS1  ;
(3.67)
0
306 МПа < (558∙0,9=502 МПа) – условие прочности выполнено;
342 МПа < (558∙0,9=502 МПа) – условие прочности выполнено.
Условие герметичности фланцевого соединения:
 кф1  D
Eф1  hф1
 кф 2  D
  ;
(3.68)
   ,
Eф 2  hф 2
(3.69)
где   =0,013 рад – допускаемый угол поворота фланца [14]
 кф1  D
Eф1  hф1

47,7  3,0
 0,011 рад,
1,86 10 5  0,07
(3.70)
 =0,011 рад <   =0,013 рад – условие герметичности выполнено.
 кф 2  D
Eф 2  hф 2
   =
51,9  3,0
 0,0125 рад ,
1,86 10 5  0,067
(3.71)
 =0,0125 рад <   =0,013 рад – условие герметичности выполнено.
Окончательно принимаем фланцы:
Фланец 4-3800-09Г2С ГОСТ 28759.2-90.
Фланец 5-3800-09Г2С ГОСТ 28759.2-90.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
Лист
3.4 Расчет опоры аппарата
Определим нагрузку пустого аппарата на опору по формуле:
Qап  M ап  g
(3.74)
где
Mап – масса пустого аппарата ;
M àï  1,05Ì
ê
Ì
äí
Ì
êð
Ì
àð

(3.75)
где Мк, Мдн, Мкр, Мар – соответственно массы корпуса, днища, крышки
и арматуры.
1,05 – коэффициент, учитывающий массу неучтенных устройств
(люков, штуцеров и т. п.).
М к  Н   D  s  
(3.76)
где ρ – плотность материала корпуса ρ=7850кг/м3;
Ì
ê
 19,2  3,14  3,8  0,036  7850  64742êã
М дн  М кр  F  s  
(3.77)
где F – площадь внутренней поверхности эллиптического днища
(крышки) F=16,37 м2 [табл. 16.4, 4]
Ì
äí
Ì
êð
 16,37  0,036  7850  4626êã
Массу арматуры примем равной Мар= 500 кг
Тогда масса пустого аппарата:
M àï  1,0564742  2  4626  500  78219êã
Определим нагрузку аппарата на опоры во время гидравлических
испытаний по формуле:
и
Qап
 ( M ап  M в )  g
(3.78)
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
41
где Мв – масса загруженной в аппарат воды
М в  V  в
(3.79)
где V – объем аппарата;
ρ – плотность воды (ρ=998 кг/м3).
V
Ì
â
  D2
4
3,14  3,8 2
 H  2Väí 
19,2  2  7,83  233,3 ì
4
3
(3.80)
 233,3  998  232833êã
Qàïè  (78219  232833)  9,81  3051420 H  3,05ÌÍ
Исходя из Qmax=Qап и Qmin=Qап по таблицам 14.9, 14.10, и 14.11 [4]
выбираем циллиндрическую опору 3-1200-63-32-1200 (рис. 3.4) согласно
ОСТ 26-467-78 со следующими основными размерами:
Таблица 3.2 – Основные размеры цилиндрической опоры
D1=4160 мм;
D2=3600 мм;
DБ=4020 мм;
s2=25 мм;
s1=10 мм;
s3=25 мм;
s40,5s2=12 мм
d=70 мм;
d1=100 мм;
d2=42 мм;
dБ=36 мм (М36);
zБ=24 шт.;
ПОХНП.Р.00.00.00 ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
42
4. Монтаж и ремонт аппарата
4.1
Размещение технологического оборудования на открытых площадках
следует проектировать во всех случаях, когда позволяют климатические
условия эксплуатации технологического оборудования. Компоновка
оборудования на открытых площадках сокращает капитальные затраты на
строительство, уменьшает загазованность и влияние тепловыделений,
снижает взрыво- и пожароопасность. Установка аппаратуры на открытых
площадках создает также предпосылки для укрупнения агрегатов, позволяет
во многих случаях отказываться от деления на части (царги) колонной
аппаратуры и условия монтажа оборудования.
Абсорбер, как правило, устанавливают на открытой площадке на разных
отметках от земли (на фундаментах, железобетонных постаментах,
металлических этажерках). Качество работы абсорбера зависит от точности
монтажа как корпуса, так и внутренних устройств. Неправильный монтаж
может привести к заметному нарушению устойчивости аппарата,
превышению по сравнению с расчетными нагрузок на фундаменты,
фундаментные болты и сам корпус.
Способы производства такелажных работ при монтаже оборудования на
различных отметках от земли.
Абсорбер должен поставляться на монтажную площадку в максимально
готовом виде. Если перевозка полностью собранного аппарата не
представляется возможной, он поставляется максимально крупными блоками
или отдельными деталями. Во всех случаях завод-изготовитель до отправки
на монтажный участок должен произвести контрольную сборку аппарата,
нанести на все сопряжения сборочные оси и контрольные риски.
В зависимости от грузоподъемности имеющихся подъемных
приспособлений на монтажной площадке производят сборку аппарата из
деталей и блоков или укрупнение блоков. Если аппарат можно поднять на
фундамент полностью в собранном виде, то после сборки в горизонтальном
положении к нему приваривают все обслуживающие металлоконструкции
(площадки; лестницы, иногда лестничные клетки), устанавливают запорную
арматуру и трубопроводную обвязку и наносят теплоизоляцию, для
выполнения перечисленных работ колонны несколько приподнимают и
укладывают на опоры (козлы), изготовленные из профильной стали или труб.
В некоторых случаях представляется возможным до подъема и установки
аппарата на фундамент произвести также футеровку стенок.
Трубопроводная обвязка и металлоконструкции, поднимаемые вместе с
аппаратом, должны быть жестко соединены с ним. Если рабочим проектом
такая жесткость не обеспечена, при монтаже предусматривают временные
хомуты, пояса, кронштейны, которые после установки аппарата в проектное
положение снимаются.
Согласно инструкции, аппарат поднимают на фундамент после опрессовки
и спуска из него опрессовочной жидкости. При подъеме отдельных блоков в
зависимости от выбранного способа монтажа разрабатывают конкретную
технологию производства работ, предусматривающую максимальное
снижение объема работ, проводимых на высоких отметках.
Отдельные составные части крупногабаритного абсорбера доставляют на
сборочную площадку, которую следует расположить как можно ближе к
тому месту, где в соответствии с проектом должен быть установлен
собранный аппарат. Сборочная площадка оснащается стендами,
кантователями, сварочными автоматами, подъемно-транспортными
механизмами. Здесь производят сборку аппарата из готовых блоков или
сборку крупных блоков из узлов или деталей.
Как уже говорилось, абсорбер собирают в горизонтальном положении. для
этого отдельные блоки (части цилиндра) укладывают па сборочные стенды с
вращающимися катками или на шпалы с ограничительными уголками—
упорами . Число опор под каждой стыкуемой частью выбирают в
зависимости от веса и сечения аппарата. Обычно расстояние между опорами
не превышает 5 м.
Стыкуемые части аппарата подтягивают друг к другу трубоукладчиками
или тракторами. Для совпадения стыков по всему периметру к кромкам
одной из стыкуемых частей приваривают направляющие планки , которые
после прихватки стыка короткими сварными швами срезают
газокислородной резкой. Подобные направляющие планки используют и при
установке одного блока на другой в вертикальном положении (при монтаже
блоками). Стыковку производят строго по заводским контрольным рискам
или кернам на корпусах, которые тщательно совмещают, а также по
маркировке на деталях. Отклонения размеров стыкуемых участков должны
быть в пределах допустимых норм: смещение кромок в кольцевых швах
должно быть не более 10% от толщины листа аппарата, а в случае
двухслойной стали оно не должно превышать толщину плакирующего слоя;
Подгонку стыков, например местным подтягиванием, раздачей, надсадкой,
производят с помощью инструментов и приспособлений, применяемых на
машиностроительных заводах. То же самое относится к технологии сварки
стыков и деталей, а также к сборке крупных блоков и обечаек из отдельных
свальцованных листов. Тщательно контролируются зазоры в свариваемых
стыках, которые независимо от толщины листов обечаек должны находиться
в пределах 2 - 4 мм. Перед окончательной сваркой собранные на прихватных
стыках аппараты сдаются по акту заказчику.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
Опрессовка с целью проверки прочности и плотности аппарата
производится на пробное давление, величина которого устанавливается в
зависимости от рабочего давления и указывается в паспорте или
технологической карте. Наиболее распространена гидравлическая
опрессовка, которая заключается в следующем. В колонну нагнетают воду
при открытом на самой верхней точке аппарата воздушнике. Появление воды
в воздушнике свидетельствует о заполнении колонны. Закрыв воздушник, в
колонне медленно повышают давление, пока оно не достигнет величины
опрессовочного давления. При таком давлении аппарат выдерживают в
течение 5 мин, после чего давление медленно снижают до рабочего и
приступают к осмотру корпуса, одновременно обстукивая сварные швы
молотком весом 0,5-1,5 кгс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Кольман – Иванов Э.Э., Гусев Ю.И., Карасев И.Н. Конструирование и
расчёт машин химических производст. – М.: Машиностроение, 1985.- 408 с.,
ил.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии. Пособие по конструированию.- М.:
Машиностроение, 1972.- 272 с., ил.
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм.
Изм. Лист
Лист
№
№докум.
докум.
Подпись
Подпись Дата
Дата
Лист
Лист
3.Поникаров И.И., Перелыгин О.А., Доронин В.Н. Машины и
аппараты химических производств. – М.: машиностроение,
1989. – 368 с.
4.Доманский И. В., Исаков В. П., Островский Г. Н., Машины и аппараты
химических производств. Примеры и задачи.–Л.:
Машиностроение, Ленинградское отд- ние, 1982.-384 с., ил.
5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А.А. Примеры и
задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии.Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Р.
Романкова. – 9-е изд. перераб.и росш. Л.: Химия.-1981.-650.
6. Лащинский А.А.Конструирование сварных химических
аппаратов. Справочник.: Ленинградское отд- ние:
Машиностроение. – 1981. – 382 с.
7. Ермаков В.И. и др. Ремонт и монтаж химического
оборудования . – Л.: Химия, 1981.
8.Фарамазов С.А. Ремонт и монтаж оборудования химических
и нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Химия, 1971.
9.Молоканов Ю.К., Харас З. Б. Монтаж оборудования пред-приятий
химической и нефтехимической промышленности
Химия, 1973.- 300 с.
10. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н., Расчеты основных процессов и аппаратов
переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983
– 224с., ил.
ПОХНП.А.00.00.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист