Тарельчатая абсорбционная колонна для очистки газовой смеси

 Перечень чертежей:

1. Технологическая схема абсорбционной установки А1 с назначением среды в трубопроводе:

• Вода оборотная – подача;
• Пар;
• Конденсат;
• Исходная газовая смесь;
• Канализация;
• Газо-паровая смесь;
• Углекислый газ;
• Возврат воды.

Обозначение элементов, из которых состоит установка:

• Колонны абсорбционная и десорбционная;
• Водяная турбина;
• Расширитель;
• Сепаратор;
• Кипятильник;
• Подогреватель;
• Холодильник;
• Ёмкость;
• Насос;
• Вентиль запорный и регулирующий;
• Обратный клапан;
• Конденсатоотводчик.

2. Чертёж общего вида абсорбционной колонны, диаметром 1200 на формате А1 с основными размерами, схемой расположения штуцеров и люков и технической характеристикой:

• Аппарат предназначен для очистки газовой смеси от СО₂;
• Номинальная емкость – 25,4 м³;
• Производительность - 0,388 м³/с;
• Давление в колонне - 1,013 МПа;
• Температура среды в колонне - 20 °С;
• Среда в аппарате - не токсичная;
• Тип тарелок – ситчатые;
• Число тарелок - 34.

         Технические требования:

• При изготовлении корпуса аппарата руководствоваться требованиями: ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие требования и безопасность";
• ОСТ 26.291 - 79 " Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования".
• Материал тарелок - сталь 08Х13 ГОСТ 5632 - 72 и сталь 20 ГОСТ 1050 - 74, остальные сборочные единицы и детали из стали ВСт 3сп 3 ГОСТ 380 – 71;
• Материал опоры - 29Г2С ГОСТ 5520 – 79, прокладок - паронит ПОН - 1 ГОСТ 481 – 80;
• Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОСТ 26 - 01 - 82 - 77 "Сварка в химическом машиностроении";
• Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросвечиванием;
• Не указанный вылет штуцеров - 150 мм.

3. Чертёж общего вида теплообменника А1 в двух проекциях со схемой расположения штуцеров и опор, спецификацией, с технической характеристикой и следующими техническими требованиями:

• При изготовлении, испытании и поставке аппарата должны выполняться требования Госгортехнадзора;
• Материал деталей аппарата - Ст 3 ГОСТ 380 – 71;
• Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически в горизонтальном положении - под давлением: межтрубное пространство - 0.3 МПа, трубное - 1.27 МПа;
• Чертеж разработан на основании ГОСТ 15122 – 79.

4. Монтажная схема абсорбционной установки А1 со следующими обозначениями:

• Вентилятор центробежный;
• Ёмкости: сепаратор - 50 м³, расширитель – 40 м³, смесь – 100 м³, чистая жидкость – 100 м³;
• Рекуперативный теплообменник;
• Металлоконструкция.

Дополнительные материалы: расчётно-пояснительная записка прилагается на 21 страницах. В пояснительной записке рассмотрено устройство и расчёты абсорбционной колонны:

         Выполнен расчет тарельчатой абсорбционной колонны со следующими исходными данными:

• Объемный расход поступающей газовой фазы в колонну - 16000 Нм³/ч;
• Содержание поглощаемого компонента в поступающем газе - 30 %;
• Степень извлечения - 95 %;
• Начальное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте - 0 %, конечное - 0,45 %;
• Температура поступающей газовой смеси в колонну - 20 °С;
• Давление в колонне – 1,013 МПа.

Рассмотрен порядок расчёта:

• Начальная относительная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при входе в абсорбер – 0,538 кмоль/кмоль, конечная при выходе из абсорбера – 0,027 кмоль/кмоль;
• Конечная мольная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте при выходе из абсорбера – 0,002 %;
• Объемный расход инертной составляющей – 8450 Нм³/ч;
• Мольный расход поглощаемого компонента – 193 кмоль/кмоль, абсорбента – 95793,9 кмоль/ч;
• Молекулярный вес газовой фазы – 34,25 кг/кмоль, плотность – 14,246 кг/м³;
• Объемный расход газовой фазы, входящей в абсорбционную колонну – 0,336 м³/с, мольный расход – 503,8 кмоль/ч;
• Диаметр колонны – 1,2 м, толщина стенки аппарата – 4,357 мм, днища – 10 мм;
• Скорость газа в отверстиях тарелки – 3,351 м/с;
• Площадь свободного сечения переливного устройства – 0,113 м²;
• Скорость жидкой фазы в переливном устройстве – 4,237 м/с;
• Гидравлическое сопротивление тарелки от сил поверхностного натяжения – 44,8 Па;
• Статическое сопротивление слоя жидкости – 191,3 Па, высота – 0,02 м;
• Сопротивление сухой тарелки – 120 Па;
• Общее сопротивление – 356 Па;
• Высота жидкости в переливном устройстве – 0,066 м;
• Минимальное расстояние между тарелками – 500 мм;
• Вязкость газовой фазы – 1,647*10^-5 Па*с;
• Рассчитаны кинетические коэффициенты процесса;
• Рабочая площадь тарелки – 0,904 м²;
• Величина отношения рабочей площади тарелки к поперечному се­чению колонны – 0,8;
• Построен график равновесной зависимости, выра­жающей связь концентраций поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах;
• Нанесена прямая рабочая линия процесса абсорбции, выражающая связь рабочих концентраций;
• Интервал изменения рабочих концентраций в колонне разбит на участки, для каждого из которых определен тангенс угла наклона равновесной линии;
• Рассчитан коэффициент массопередачи для каждого участ­ка;
• Найдены числа единиц переноса;
• Вычислено среднее значение концентрации абсорбируемого компонента в абсорбенте;
• Для средних значений концентраций построен ряд пря­мых линий;
• Определены положения точек рабочих концентраций газа на тарелке над жидкостью;
• На кривой равновесия от­ложены найденные отрезки и через полученные точки нанесена кривая, являющаяся кинетической линией процесса;
• Проведено ступенчатое построение ломаной линии в пределах концентраций, где число ступеней дает число тарелок колонны;
• Рассчитано число люков – 6;
• Общая высота колонны – 22400 мм.

         Произведён выбор типа контактного устройства: тарелка ТС-Р2 для диаметра 1200 мм. Количество секций - 2, периметр слива - 884 мм, диаметр отверстия - 5 мм, шаг между отверстиями - 10 мм. Приемный и сливной карманы занимают 10.53% плошади тарелки, суммарная площадь всex отверстий - 10%.

Выполнен расчет проходного диаметра штуцеров и выбор фланцев:

• Штуцер для выхода смеси из колонны – 400 мм, для выхода газа из колонны – 200 мм, для входа газовой смеси в колонну – 200 мм, для входа жидкости в колонну – 400 мм;
• Выбраны фланцы - плоские стальные.

Рассмотрен выбор насосов марки ОВ8-47 и вентиляторов типа Ц1-1450.

Произведён расчет кожухотрубчатого теплообменника (водяного холодильника):

• Расход жидкости из десорбера – 479 кг/с;
• Средняя разность температур - 10 °С.

Выполнен тепловой расчет:

• Тепловая нагрузка аппарата - 42·10⁶ Вт;
• Расход охлаждающей воды - 502,9 кг/с.

         Выбран теплообменник типа ТН, группа 101, исполнение 51-58, шестиходовой, с двумя эллиптическими крышками, диаметром кожуха - 2200 мм, длиной труб - 6000мм, диаметром труб - 25x2 мм и поверхностью теплообмена 1800 м² в количестве трёх штук. Запас по площади - 19.6%.

          Произведён расчет трубных решеток и фланцев кожуха:

         В соответствии с ГОСТ 28759.2 - 90 для конденсатора с диаметром - 2200 мм и давлением - 1 МПа, толщина фланцев равна 40 мм. Так как фланцы являются одной деталью с трубной решеткой, то толщина ее, соответственно, тоже 40 мм.

В программе: Компас 3D v, AvtoCAD