Технологический расчёт проектируемого оборудования

3. Технологический расчёт проектируемого оборудования

3.1. Расчёт олеумного абсорбера

Данные для расчёта:

Распад газа на входе: 20589,72 мм³/ч (29946,8 кг/ч)

Состав:

SO₃ – 1616,04м³/ч (5771,4 кг/ч), 7,85%(об)

SO₃ – 67,3 нм³/ч (192,4 кг/ч), 0,32%(об)

О₂ – 1964,5 нм³/ч (2806,5 кг/ч), 9,54%(об)

N₂ – 16939,78 нм³/ч (21174,8 кг/ч), 82,28%(об)

H₂O – 2,14 нм³/ч (1,7 кг/ч), 0,01%(об)

Материальный баланс абсорбера

Олеумный абсорбер состоит из двух элементов; форсуночного скруббера Вентури и плёночного теплообменника для отвода тепла абсорбции. Заданная степень абсорбции в двух аппаратах: 80%. Степень абсорбции в абсорбере Вентури – 70% (см. рис. 1)

При степени абсорбции 80% из 5771,4 кг/ч SO₃, подаваемой в установку, абсорбируется:

В составе отходящих газов из абсорбера имеем:

или 323,2 нм³/час.

В скруббере Вентури улавливается:

В газах выходящих из скруббера Вентури содержится:

На орошение скруббера Вентури подаётся 98% серная кислота, которая содержит 80%(масс.) триоксида серы и 20% воды. Так как в результате абсорбции должен образовываться 20% олеум, который содержит 85,3% SO₃ и 14,7 H₂O (масс.), количество кислоты, подаваемой на орошение может быть расчитано из уравнения:

=0,8 содержание триоксида серы в 98%-ой кислоте;

=0,853 содержание триоксида серы в 20%-ом олеуме.

Отсюда:

Размеры аппарата.

Основные размеры аппарата определяем следующим образом:

Начальная концентрация SO₃ в газе

G_ин – количество газа – инерта, кг/ч.

Концентрация SO₃ в газе после скруббера Вентури:

Равновесным значением концентрации над серной кислотой можно пренебречь. Парциальное давление SO₃ над олеумом 9 мм.рт.ст.

Тогда y^*=9/760=0,012

М_см – молекулярная масса смеси:

Число единиц переноса в абсорбере:

C другой стороны для абсорберов Вентури:

где w₀-скорость газа в горловине, м/с;

q_уд-удельная плотность орошения, л/м³;

A, m, n – коэффициенты. Для системы SO₃ – H₂SO₄:

A=0,375 ; m=0,49; n=0,54 [8]

_ж – плотность жидкости (кислоты), _ж=1830 кг/м³ [11]

Тогда скорость газа в горловине трубы Вентури:

сечение горловины:

Диаметр горловины:

Выбираем трубу Вентури с типоразмерами ТВПВ-0,100.

Основные размеры: [5]

d₀=370 мм

h_r=0,15d₀=55,5 мм

D₁=1,120 м

D₂=1,000 м

H₂=5,150 м

H₃=1,480 м

Действительная скорость газа в горловине:

Тепло абсорбции в абсорбере:

содержание воды в поступающей кислоте [9]

q^ол, q^98% - теплота образования кислоты при температуре 55С.

q^98% = 1669ккал/кг H₂O=6933,11кДж/кг H₂O

q^ол = 2046ккал/кг H₂O=8572,74кДж/кг H₂O

Таким образом, в теплообменнике нужно будет отвести 1123,8 кВт теплоты.

Массовая скорость жидкости к сечению горловины рассчитывается следующим образом:

Для сухой трубы Вентури сопротивление находим по формуле [8].

_с = 0,2 – коэффициент сопротивления.

_Г – плотность газа в абсорбере, кг/м³.

Сопротивление орошаемого скруббера:

Расчёт абсорбера – теплообменника

За счёт выделившегося в ходе абсорбции тепла Q=1123,8 кВт орошающая кислота разогревается.

Нагрев кислоты составит:

L_H, L_K – начальное и конечное количество жидкой фазы:

С^98%, С^ол – теплоёмкость 98% кислоты и образующегося 20% олеума.

С^98%=0,342ккал/кг*град=1,433кДж/кг*К

С^ол=0,340ккал/кг*град=1,425кДж/кг*К

За основу абсорбера – теплообменника принимаем кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 1 м, трубками 38х2,5 мм. Для шахматного варианта разбивки трубного пучка принимаем нормализованный шаг.

Основные параметры решётки:

Количество трубок по диагонали шестиугольника:

Принимаем в=17.

Количество трубок на стороне шестиугольника:

А=(в+1)/2=(17+1)/2=9

Число трубок в зоне шестиугольника:

N=3a(a-1)+1=3*9(9-1)+1=217шт

Предварительная прорисовка трубной решётки показала, что на ней можно разместить 317 трубок.

Смоченный периметр трубок

П=3.14*d*n=3,14*0,033*317=32,86м

Площадь сечения трубного пространства:

Минимальная плотность орошения в плёночном абсорбере для обеспечения смоченности внутренней поверхности трубок:

_Ж=10,4мПа – вязкость олеума при 60С

=70 мН/м – поверхностное натяжение олеума [9]

Тогда, количество жидкости, необходимой для орошения теплообменника:

Таким образом, необходимо дополнительно подать не менее L_доп=64514-16846=47668кг/ч

Общая температура олеума на входе в абсорбер – теплообменник, за счёт смещения с дополнительным количеством олеума, подаваемого при 30С из уравнения:

Пусть охлаждающая вода в теплообменнике нагревается с 20С до 25С. Тогда средняя разность температур:

65,3 25 t_б=40,3С

30 20 t_м=10С

Примем предварительно значение коэффициента теплопередачи в абсорбере – теплообменнике К=750 Вт/м²К. Тогда необходимая поверхность теплообмена составит:

Тогда длина трубки теплообменника предварительно:

Принимаем l=2м.

Количество газа в аппарате при его средней температуре:

V₀=20589,72-0,8-1616,04=19296,8 нм³/ч

Объёмный расход газа в теплообменнике.

Скорость газа в трубках теплообменника:

Плотность орошения трубного пространства (объёмная):

_ж=1880 кг/м³ – плотность олеума при 40С [9]

Критерий плёнки жидкости:

Критерий Рейнольдса газа:

где _Г=0,021*10^-3Па*с – вязкость газа

_Г-плотность газа 19296,8/11597,5=1,7 кг/м³

Критерий Прандтля плёнки при t=40С:

где С^ОЛ=1425 Дж/кгК - теплоёмкость олеума.

_Ж=15,4*10^-3Па*с – вязкость олеума при 40С

_Ж=0,3ккал/м*ч*град=0,349Вт/м*град.

Критерий Нуссельта модифицированный:

Коэффициент теплоотдачи:

где =_Ж/_Ж=15,4*10^-3/1840=8,37*10^-6 м²/с

Количество охлаждающей воды:

V_В=0,054 м³/с

Диаметр штуцера при w=1,5 м/с принимаем d_у=200мм

Проход по межтрубному пространству при размещении перегородок с шагом 0,3 м:

Критерий Нуссельта для межтрубного пространства [11]

_=0,6 – коэффициент учитывающий угол атаки.

Pr_В=(C_B_B)/_B=6,5 – критерий Прандтля для охлаждающей воды при её средней температуре 22,5 С.

Pr_cт=5,3 – критерий Прандтля при средней температуре стенки.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

где _В=0,618

Коэффициент теплопередачи:

где _ст=17,5 Вт/мК – теплопроводность стенки

r_B=5,55*10^-4 м²К/Вт – загрязнённость со стороны воды

Уточняем поверхность теплообмена:

Длина трубок теплообменника:

принимаем l=4 м.

Похожие работы

Реконструкция схемы управления процессом абсорбции в производстве высших алифатических аминов

Скачать

26986

5

5

... Выделение аммиака из его смеси с водой и аминами производится на ректификационной колонне поз.402. Этот процесс сложный с рассредоточенными параметрами. Информационная емкость процесса ректификации и абсорбции аммиака минимальная (до 40 контролируемых параметров), а всего производства в целом – средняя (от 160 до 650 параметров). Класс процесса – массообменный. Тип процесса – ректификация. ...

Реконструкция теплообменника в цехе N2 ЗАО "Каустик" с целью повышения эффективности

Скачать

142540

23

10

... установленные теплообменные элементы с трапецеидальным продольным сечением и заглушенными верхними торцами элементов и патрубком подвода охлаждающего теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем интенсификации теплообмена, он дополнительно снабжен наклонными перегородками, установленными одна над другой с образованием чередующихся проемов с противоположными ...

Процесс переработки нефти на ЗАО "Павлодарский НПЗ"

Скачать

76348

2

0

... процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов — перегонка нефти; ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов ...

Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук"

Скачать

70032

32

2

... фосфорнокислом катализаторе. В настоящее время только для получения фенола и ацетона производится свыше 7 млн. тонн в год изопропилбензола. Задачей выпускной работы является разработка и изучение процесса производства изопропилбензола на ОАО «Омский каучук». 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР   1.1.  Теоретические основы процесса алкилирования   Алкилирование – это широкий класс реакций, в результате ...