Реконструкция основного оборудования отделения абсорбции (стр. 4 из 10)
=0,853 содержание триоксида серы в 20%-ом олеуме.Отсюда:
3. Размеры аппарата.
Основные размеры аппарата определяем следующим образом:
Начальная концентрация SO3 в газе
Gин – 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
Мсм – молекулярная масса смеси:
Число единиц переноса в абсорбере:
C другой стороны для абсорберов Вентури:
где w0-скорость газа в горловине, м/с;
qуд-удельная плотность орошения, л/м3;
A, m, n – коэффициенты. Для системы SO3 – H2SO4:
A=0,375 ; m=0,49; n=0,54 [8]
rж – плотность жидкости (кислоты), rж=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
hr=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:
Тепловой баланс
Тепло абсорбции в абсорбере:
содержание воды в поступающей кислоте [9]qол, q98% - теплота образования кислоты при температуре 55°С.
q98% = 1669ккал/кг H2O=6933,11кДж/кг H2O
qол = 2046ккал/кг H2O=8572,74кДж/кг H2O
Таким образом, в теплообменнике нужно будет отвести 1123,8 кВт теплоты.
Гидравлический расчёт
Массовая скорость жидкости к сечению горловины рассчитывается следующим образом:
Для сухой трубы Вентури сопротивление находим по формуле [8].
zс = 0,2 – коэффициент сопротивления.
rГ – плотность газа в абсорбере, кг/м3.
Сопротивление орошаемого скруббера:
3.2. Расчёт абсорбера – теплообменника
За счёт выделившегося в ходе абсорбции тепла Q=1123,8 кВт орошающая кислота разогревается.
Нагрев кислоты составит:
LH, LK – начальное и конечное количество жидкой фазы:
С98%, Сол – теплоёмкость 98% кислоты и образующегося 20% олеума.
С98%=0,342ккал/кг*град=1,433кДж/кг*К
Сол=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:
mЖ=10,4мПа – вязкость олеума при 60С
s=70 мН/м – поверхностное натяжение олеума [9]
Тогда, количество жидкости, необходимой для орошения теплообменника:
Таким образом, необходимо дополнительно подать не менее Lдоп=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 Dtб=40,3С 
30 20 Dtм=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):
rж=1880 кг/м3 – плотность олеума при 40С [9]
Критерий плёнки жидкости:
Критерий Рейнольдса газа:
где mГ=0,021*10-3Па*с – вязкость газа
rГ-плотность газа 19296,8/11597,5=1,7 кг/м3
Критерий Прандтля плёнки при t=40С:
где СОЛ=1425 Дж/кгК - теплоёмкость олеума.
mЖ=15,4*10-3Па*с – вязкость олеума при 40С
lЖ=0,3ккал/м*ч*град=0,349Вт/м*град.
Критерий Нуссельта модифицированный:
Коэффициент теплоотдачи:
где u=mЖ/rЖ=15,4*10-3/1840=8,37*10-6 м2/с
Количество охлаждающей воды:
VВ=0,054 м3/с
Диаметр штуцера при w=1,5 м/с принимаем dу=200мм
Проход по межтрубному пространству при размещении перегородок с шагом 0,3 м:
Критерий Нуссельта для межтрубного пространства [11]
ej=0,6 – коэффициент учитывающий угол атаки.
PrВ=(CBmB)/lB=6,5 – критерий Прандтля для охлаждающей воды при её средней температуре 22,5 С.
Prcт=5,3 – критерий Прандтля при средней температуре стенки.
Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:
где lВ=0,618
Коэффициент теплопередачи:
где lст=17,5 Вт/мК – теплопроводность стенки
rB=5,55*10-4 м2К/Вт – загрязнённость со стороны воды
Уточняем поверхность теплообмена:
Длина трубок теплообменника:
принимаем l=4 м.
4. Прочностной расчёт основных элементов оборудования
4.1. Прочностной расчёт трубы Вентури
1. Данные для расчёта:
Давление расчётное PR=0,11Мпа
Температура расчётная tR=100C
2. Расчёт конической обечайки диффузора:
Допускаемое напряжение при 20 С:
[s]20=140Мпа, при 100 С [s]t=130Мпа
Пробное давление при гидроиспытании
Толщина стенки обечайки:
где DК=1м – расчётный диаметр конической обечайки;
jР=1 – коэффициент сварного шва;
a1=3,5° - угол конусности.
С учётом прибавки на коррозию
SK=SKR+C=0,4+2=2,4мм
Окончательно принимаем SK=4мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление
Так как PR и Рпр < [P], условие прочности выполняется.
3. Расчёт конической обечайки конфузора.
Где DK=1,2м расчётный диаметр обечайки;
a1 – угол конусности 14°
Принимаем окончательно SK=4 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
Условие прочности выполняется.
4. Расчёт фланцевого соединения.
4.1. Исходные данные S=4мм, D=1м, PR=0,11Мпа, tR=100C
Фланец плоско приварной для аппаратов, болты ВСт5
Прокладка – плоская, неметаллическая, фторопласт.
Диаметр болтов М20.
4.2. Расчётная температура фланцевого соединения.
4.3. Диаметр болтовой окружности
Принимаем DБ=1090мм.
4.4. Наружный диаметр фланца
4.5. Наружный диаметр прокладки
4.6. Средний диаметр прокладки
4.7. Эффективная ширина прокладки
4.8. Расчётные параметры прокладок
4.9. Ориентировочное число болтов
Принимаем
4.10. Ориентировочная толщина фланца
Принимаем
4.11. Безразмерные параметры
4.12. Угловая податливость фланца
Где Еф=1,91*105Мпа – модуль продольной упругости материала фланца.
4.13. Линейная податливость прокладки
Еn=2000Мпа – модуль продольной упругости материала прокладки;
Sn=2мм – толщина прокладки;
4.14. Расчётная длина болта
Где lБ0 – длина болта между поверхностями головки болта и гайкой 65 мм.
4.15. Линейная податливость болтов
Где fБ=2,35*10-4 м2 – расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;
ЕБ=1,99*105Мпа – модуль продольной упругости материала болта.
4.16. Параметры
4.17. Коэффициент жёсткости фланцевого соединения
4.18. Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления.
4.19. Реакция прокладки в рабочих условиях
4.20. Усилие возникающее от температурных деформаций
4.21. Болтовая нагрузка в условиях монтажа
4.22. Болтовая нагрузка в рабочих условиях
4.23. Приведённые изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца
Расчётное значение M0=0,012 МН*М
4.24. Условие прочности болтов
Условие выполнено.
4.25. Условие прочности прокладки
Условие выполнено.
5. Расчёт форсунки
Зададимся давлением жидкости на входе в форсунку РВХ=1500кПа (15кгс/см2), расход жидкости L=12806кг/ч=6,998м3/ч=6998л/ч, корневой угол факела 2j=60°, физические свойства жидкости r=1830кг/м3, u=1,09*10-5м2/с=0,109см2/с.
Для величины корневого угла 2j=60°,находим mС=0,45 [6].
Площадь поперечного сечения сопла:
Радиус сопла 8 мм.
Массовая скорость истечения из сопла:
Принимаем по конструктивным соображениям:
N=4, t=0,5, q=30°, LK=35, s=90°
Радиус вихревой камеры:
По величине t=0,5, q=30°, mС=0,45.
АЖZ=0,7 главный параметр форсунки
-коэффициент распада тангенциального канала.Диаметр тангенциального канала:
Принимаем dВХ=12 мм
Расстояние от оси форсунки до оси тангенциальных каналов:
Число Рейнольдса тангенциальных каналов:
Находим при
Расчётный коэффициент расхода тангенциальных каналов:
Главный параметр форсунки:
Приближённое значение относительного радиуса:
Число Рейнольдса вихревой камеры:
При
Относительная длина вихревой камеры:
Относительная длина вихревой камеры с учётом трения: