POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

ZAKŁAD INŻYNIERII I APARATURY CHEMICZNEJ

PROJEKT ABSORBERA

RADOSŁAW NOWACZYK

Rok IV Semestr 7

Rok akademicki 2003/2004

Spis treści.

Spis oznaczeń 3

1.Temat projektu. 5

2.Parametry opisujące własności czynników. 7

3.Wykres stężeń. 8

4.Bilans masowy. 9

5.Obliczenie średniego modułu napędowego procesu. 10

6.Wyznaczenie średnicy aparatu. 11

7.Obliczenia kinetyczne. 12

8.Obliczenie teoretycznej powierzchni wymiany masy. 16

9.Wyznaczenie wartości współczynnika użyteczności powierzchni. 16

10.Obliczenie rzeczywistej powierzchni wnikania masy. 16

11.Określenie wysokości warstwy wypełnienia. 16

12.Sprawdzenie warunku smukłości aparatu 17

13.Hydrodynamika kolumny z wypełnieniem. 17

14.Obliczenia konstrukcyjno-wytrzymałościowe. 18

15. Wykres stężeń. 23

Spis oznaczeń.

D - średnica [m]

D_AB - kinetyczny współczynnik dyfuzji [m²/h]

E - moduł sprężystości podłużnej [N/m²]

F - czynna powierzchnia aparatu [m²]

G - masowe natężenie przepływu [kg/h]

H - wysokość [m]

I_y - moment bezwładności [m⁴]

K_y - stała równowagi

M - masa molowa [kg/kmol]

M - masa [kg]

ΔP - spadek ciśnienia [Pa]

R - stała Rydberga [J/mol*K]

Re - liczba Reynoldsa

R_e - granica płynięcia [N/m²]

Sc - liczba Schmidta

Sh - liczba Scherłuda

T - temperatura [K]

V - objętościowe natężenie przepływu [m³/h]

V - objętość [m³]

W - stosunek masowy

X - stosunek molowy

Y - stosunek molowy

Q - ciężar całkowity [N]

ΔΠ - moduł napędowy

a - jednostkowa powierzchnia wypełnienia [m²/m³]

c - naddatek grubości [mm]

f - powierzchnia przekroju [m²]

f - strzałka ugięcia rusztu [m]

g - grubość ścianki [mm]

g - prędkość masowa [kg/m²*s]

g - przyspieszenie ziemskie [m²/s]

i - ilość otworów w zraszaczu

k - współczynnik przenikania masy [kmol/m²*h]

k_g - naprężenia dopuszczalne na zginanie [N/m²]

n - zamiennik stężeń

p - ciśnienie [Pa]

q - obciążenie ciągłe [N/m]

s - grubość płaskownika [mm]

t - podziałka

w - udział masowy

ω_g - prędkość gazu [m/s]

ω₀ - prędkość gazu na granicy zachłystywania [m/s]

y - udział molowy

ρ - gęstość [kg/m³]

η - lepkość [Pa*s]

δ - dynamiczny współczynnik dyfuzji [kmol/m*h]

ν - objętość molowa składnika [cm³/mol]

ε - porowatość [m³/m³]

zastępczy wymiar liniowy [m]

β - współczynnik wnikania masy [kmol/m²*h]

φ - współczynnik użyteczności powierzchni

γ - ciężar właściwy wypełnienia [N/m³]

Liczby kryterialne:

- liczba Reynoldsa

- liczba Schmidta

- liczba Scherwooda

Równania kryterialne ogólne:

Dla fazy gazowej:

Dla fazy ciekłej:

Indeksy:

g - faza gazowa

c - faza ciekła

A - matanol ( alkohol)

M - metan

H₂O - woda

1.Temat projektu.

Zaprojektować aparat do usuwania CH₃OH z mieszaniny gazowej o składzie 15% CH₃OH i 85% CH₄. Objętościowe natężenie mieszaniny na wlocie do absorbera wynosi 3500 [m3/h]. Stopień absorbcji ma wynosić 82%.Proces ma się odbywać w następujących warunkach warunkach: temperaturze T=31 [°C] i ciśnieniu p=1 [atm].

1.1.Dobór fazy ciekłej. Jako fazę ciekłą zastosowano wodę.

1.2.Dobór rozwiązania konstrukcyjnego aparatu. Dobór konstrukcji aparatu, wypełnienia, zraszacza. Jako rozwiązanie konstrukcyjne zastosowano przeciwprądową, pionową kolumnę z wypełnieniem pierścieniami Raschiga. Zastosowano zraszacz sitowy zamknięty.

użyto pierścieni Raschiga

1.3.Wyrażenie stężeń w odpowiednim układzie.

1.3.1.Udział molowy na wlocie.

1.3.2.Stosunek molowy na wlocie.

1.3.3.Udział molowy na wylocie.

1.3.4.Stosunek molowy na wylocie.

1.4.Naszkicowanie schematu aparatu.

Rop. kgCH₃OH/

/100kg H₂O

Ciśnienie Pa

2

1200

6

3800

8

5066,67

10

6133,33

0,06443

0,045

0,05263

0,03375

0,03896

0,01125

0,01198

DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	2. PARAMETRY OPISUJĄCE WŁASNOŚCI CZYNNIKÓW.
	2.1.Lepkość.
p=101325 Pa T=304 K ; z=1 R=8314	2.2.Gęstość.
	Radosław Nowaczyk	7
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
T=304K P=1atm=101325Pa R=8314	2.3.Dynamiczny współczynnik dyfuzji.
	3. WYKRES STĘŻEŃ.
	X Y 0,05625
	3.1.Wyznaczanie linii operacyjnej przy min. I rzeczywistym przepływie absorbenta. Wartości odczytuje z wykresu.
	Radosław Nowaczyk	8
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	4. BILANS MASOWY.
	4.1.Określenie minimalnego natężenia przepływu absorbenta.
b=3	4.2.Przyjęcie rzeczywistego natężenia przepływu absorbenta. Założono b=3
	4.3.Wyznaczenie stężenia CH3OH w fazie ciekłej.
	4.4. Obliczanie lepkości i gęstości. Obliczam ze średniej arytmetycznej ponieważ jest mała różnica miedzy wlotem i wylotem.
	4.5.Obliczanie udziałów molowych.
	Radosław Nowaczyk	9
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	4.6. Obliczanie molowego natężenia przepływu gazu w poszczególnych przekrojach.
	4.7. Obliczanie molowego natężenia przepływu inertów w poszczególnych przekrojach.
	5.OBLICZENIE ŚREDNIEGO MODUŁU NAPĘDOWEGO PROCESU.
	5.1.Wyznaczenie modułu napędowego dla przekrojów 1-3.
	5.2.Wyznaczenie średniego modułu napędowego.
	Radosław Nowaczyk	10
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	6.WYZNACZENIE ŚREDNICY APARATU.
	6.1.Wstępny dobór wypełnienia. Dobrano ceramiczne pierścienie Raschiga 50x50x4,4
G`ig=36,905 Gg=0,799kg/s	6.2.Wyznaczenie prędkości przepływu gazów na granicy zachłystywania. Mg,2=MA*yA+MB*yB	Mg,2=0,0184kg/mol Gg=0,799kg/s G`ic=123,521kg/s
	6.3.Przyjęcie prędkości przepływu gazu.
	6.4.Dobór znormalizowanej średnicy aparatu. Przyjęto średnicę wewnętrzną aparatu Dw=1,0m wg BN-64/2201-05	Dzn=1,0m
Dzn=1,0m	6.5.Obliczenie rzeczywistej prędkości przepływu gazu.
	Radosław Nowaczyk	11
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	7.OBLICZENIA KINETYCZNE.
Gg=0,799kg/s A=0,8 B=0,33 C=0,11	7.1. Obliczenia dla fazy gazowej na wlocie (2)
	7.1.1.Wyznaczenie współczynnika wnikania masy.
f=0,722m^2 A=0,8 B=0,33 C=0,11	7.2. Obliczenia dla fazy gazowej na wylocie (1).
	Radosław Nowaczyk	12
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	7.2.1.Wyznaczenie współczynnika wnikania masy.
f=0,722m^2 A=0,8 B=0,33 C=0,11	7.3. Obliczenia dla fazy gazowej w przekroju (3).
	7.3.1.Wyznaczenie współczynnika wnikania masy.
	Radosław Nowaczyk	13
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
f=0,722m^2 A1=0,66 B1=0,33 C1=0,015	7.4. Obliczenia dla fazy ciekłej.
	7.4.1 Wyznaczenie współczynnika wnikania masy.
	Radosław Nowaczyk	14
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	7.5.Określenie wartości zamiennika stężeń.	R=1,04
	7.6.Określenie współczynnika przenikania masy.
	Radosław Nowaczyk	15
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	8.OBLICZENIE TEORETYCZNEJ POWIERZCHNI WYMIANY MASY.
		F`1-3=2,934m^2 F`3-2=2,179m^2 F=5,1136m^2
	9.WYZNACZENIE WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA UŻYTECZNOŚCI POWIERZCHNI.
f=0,722m^2	Dla ω0=11,16 f(ω0c) = 6
	10.OBLICZENIE RZECZYWISTEJ POWIERZCHNI WNIKANIA MASY
F=5,1136m^2
	11.OKREŚLENIE WYSOKOŚCI WARSTWY WYPEŁNIENIA.
f=0,722m^2	Przyjęto rezerwę 30% Przyjęto H=1,200m	H=0,128m
	Radosław Nowaczyk	16
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	12. SPRAWDZENIE WARUNKU SMUKŁOŚCI APARATU.
H=0,128m D=1,0m	Wypełnienie spełnia warunek smukłości
	13.HYDRODYNAMIKA KOLUMNY Z WYPEŁNIENIEM.
f=0,722m^2 Gg=0,799kg/s	13.1.Sprawdzenie warunków na zachłystywanie aparatu. Parametry pracy kolumny leżą poniżej granicy zachłystywania.
f=0,722m^2 Gg=0,799kg/s	13.2.Obliczenie oporów przepływu gazu.	gg=1,106kg/m^2s de=0,0333 ΔPsuche=2,485Pa ΔPz=3,765Pa
z=0,65	13.3.Określenie ilości wody zawartej na powierzchni wypełnienia.
	Radosław Nowaczyk	17
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	14.OBLICZENIA KONSTRUKCYJNO- WYTRZYMAŁOŚCIOWE.
	14.1.Dobór materiału konstrukcyjnego. Dobrano stal ST3S
	14.2.Obliczenia i dobór płaszcza. 14.2.1.Naprężenia dopuszczalne.
Dw=1,0m pow=101325Pa a=1 zdop=0,8	14.2.2.Grubość ścianki płaszcza. Założono, że: wtedy a=1,000 oraz pow=patm=101325Pa . Współczynnik wytrzymałościowy szwu z=0,8·zdop (jednostronne złącze doczołowe bez podpawania). Z=0,8·0,8=0,64	g0=0,000425m
c1=0,0003m s=0,0002m/rok τ=10 lat g0=0,000425m	14.2.3. Rzeczywista grubość ścianki g=g0+c c=c1+c2+c3 c2=sτ c2=0,0001·10=0,001m Wobec braku innych naprężeń przyjęto c3=0m Przyjęto g=0,006m (6,0mm).	C=0,0013 g=0,0055m
	Radosław Nowaczyk	18
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
Xe=1,55	14.3 Obliczenia i dobór dennic aparatu 14.3.1. Dopuszczalne naprężenia na rozciąganie
Dw=1,0m pow=101325Pa a=1 z=1	14.3.2.Grubość ścianki dennicy.
c1=0.0013m s=0,0002m/rok τ=10 lat	14.3.3. Rzeczywista grubość ścianki dennicy g=g0+c	g=0,00172m
Dw=1,0m g=0,006m c2=0,002m pow=101325Pa	14.4. Maksymalna średnica otworów w płaszczu i dennicy nie wymagających wzmocnienia Płaszcz Najmniejsza z wyznaczonych średnic to d=0,2m, więc otwory pod włazy wymagają wzmocnienia. Dla dennicy wartości są podobne wiec przyjmuję d=0,2m.	dmax=0,33m dmax=0,35m dmax=0,2m
	Radosław Nowaczyk	19
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	14.5.Dobór zraszacza i obliczenia z nim związane dobrałem zraszacz sitowy zamknięty. Przyjmuję: h=0,12m D=1,0m d=0,12m tgα=h/0,5D α=63,4st
g=9,81m/s^2 h=0,12m	14.5.1.Obliczanie prędkości wypływu cieczy. Przyjmuję wartość 1,6m/s.
x=0,5m α=63,4st	14.5.2. Obliczanie czasu osiągnięcia przez krople max odległości.	t=0,2s
α=63,4st g=9,81m/s^2 t=0,2s	14.5.3. Wyznaczanie długości drogi kropel w kierunku pionowym.	Z=0,198m
	14.6.Dobór odkraplacza Jako odkraplacz dobrano warstwę wypełnienia o wysokości hodkrap=0,1m
	Radosław Nowaczyk	20
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
t=0,02m	14.7.Dobór i obliczenia rusztu nośnego. 14.7.1.Obliczenie obciążenia ciągłego.
	14.7.2.Obliczenie maksymalnego momentu gnącego.
s=0,0016m	14.7.3.Wskażnik wytrzymałości na zginanie. Przyjmuję h=0,06m
s=0,0016m h=0,06m E=2,05*10^5MPa= =2,05*10^11 Pa Q=75,16N	14.7.4. Ugięcie rusztu pod ciężarem wypełnienia	Iy=4,8*10^-8m^4 f=0,00133m
	Radosław Nowaczyk	21
DANE	OBLICZENIA	WYNIK
	14.8. Dobór armatury
	14.8.1. Dobór połączeń kołnierzowych POŁĄCZENIE KOŁNIERZOWE Dnom=1,0m M=114kg Wg PN-67/H-74722
	14.8.2. Dobór króćcy dla dennic dla płaszcza(wlotowy dla gazu) Dnom=100mm M=3,35kg dla płaszcza(dla zraszacza) Dnom=200mm M=11kg Wg BN-75/2211-32
	14.8.3. Dobór włazu Dnom=400mm M=115,6kg Wg BN-83/2211-25/01
	14.9. Masa aparatu pustego masa płaszcza masa dennic m2=2·55=110kg masa połączeń kołnierzowych m3=2·114=228kg masa króćcy m4=3·3,35+11=21,05kg masa włazów m5=115,6kg m=820,65kg	m=820,65kg
L=3m ρc=993kg/m^3 Dw=1,0m m=820,65kg	14.10. Masa aparatu wypełnionego	M≈3160kg
	14.11. Dobór łap. Dobrano trzy łapy W125 wg BN-64/2252-01
	Radosław Nowaczyk	22

h

H

d

H₂O+CH₃OH

CH₃OH+CH₄

H₂O

CH₄

---