Расчет насадочного абсорбера для поглощения двуокиси серы водой

ТЕХНО. СХЕМА для ПОЯСН. ЗАП. (2).cdw

Технологическая схема

Аппарат (3).cdw

Технические требования
При изготовлении испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие
требования безопасности.";
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования.".
Материалы креплений и частей колонны соприкасающихся с раз-
деляемыми жидкостями или их парами из стали 12Х18Н10Т
ГОСТ 5949-75 остальные элементы колонны - из стали Ст. 3
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:
а) в горизонтальном положении - давлением 02 МПа;
б) в вертикальном положении - наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОН 26-01-71-68 "Сварка в химическом машиностроении". Сварку
произвести электродом марки АНО-5-45-2 по ГОСТ 9467-75.
Сварные швы в объёме 100% контролировать рентгенопросве-
Действительное расположение штуцеров и цапф см. на схеме.

ПЗ.doc

2. Устройство и принцип действия абсорберов ..6
2.1. Поверхностные и пленочные абсорберы .7
2.2. Насадочные абсорберы 11
2.3. Барботажные (тарельчатые) абсорберы .12
2.4. Распыливающие абсорберы 17
3. Безопасная эксплуатация 19
4. Описание технологической схемы .25
1. Пересчет состава фаз.. . 27
2. Материальный баланс .29
3. Расчет конструктивных размеров абсорбционной колонны 32
4. Компоновка абсорбционной колонны 44
5. Гидравлический расчет 54
6. Механический расчет абсорбера 56
6.1. Расчет толщины обечайки 56
6.2. Расчет толщины днищ .56
Список используемой литературы ..59
Изучив литературный обзор по теме абсорбция подобрать насадку с
наилучшими показателями подходящими для нашего аппарата то есть выбрать
вид насадки способ укладки соблюдая требования безопасности.В расчетной
части произвести расчеты: пересчет состава фаз материальный баланс
аппарата. Также сделать расчет конструктивных размеров аппарата то есть
рассчитать диаметр колонны высоту слоя насадки и в зависимости от высоты
насадки разделить ее на несколько слоев для эффективной работы колонны.
Пользуясь справочной литературой подобрать и рассчитать толщину стенок
аппарата крышки днища. Выбрать из справочной литературы руководствуясь
конструктивными размерами колонны опору для аппарата. Произвести
гидравлический расчет насадочного абсорбера так как гидравлическое
сопротивление влияет на технологический режим аппарата и по полученной
величине подобрать вентилятор компрессор или насос для подачи газов и
жидкостей обеспечивающих скорость движения фаз. Произвести механический
расчет рассчитав толщину стенки обечайки и толщину днища колонны. По
полученным результатам выбрать стандартную толщину обечайки и стенки. По
окончанию расчетов сделать чертеж колонны и чертеж технологической схемы. В
завершении проекта сделать вывод.
Массообменные (диффузионные) процессы характеризуются переносом одного
или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через
поверхность раздела фаз. Наиболее медленной и поэтому обычно лимитирующей
стадией массообменных процессов является молекулярная диффузия
распределяемого вещества. К этой группе процессов описываемых законами
массопередачи относятся абсорбция перегонка (ректификация) экстракция из
растворов растворение и экстракция из пористых твердых тел
кристаллизация адсорбция и сушка.
Протекание процессов массообмена тесно связано с гидродинамическими
условиями в фазах и на границе их раздела и часто - с сопутствующими
массообмену процессами переноса тепла (теплообмена).
В химической технологии широко распространены и имеют важное значение
процессы массопередачи характеризуемые переходом одного или нескольких
веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов
из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные так и гомогенные системы
(газовые смеси жидкие растворы и др.). Причем наиболее часто процессы
массопередачи используют для разделения гомогенных систем.
В промышленности применяются следующие процессы массопередачи: между
газовой (паровой) и жидкой между газовой и твердой между твердой и
жидкой а также между двумя жидкими фазами.
Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или
парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности
процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных
компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных
Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и
являются основной технологической стадией ряда важнейших производств
(например абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НСl с
получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой в производстве
азотной кислоты; абсорбция NH3 паров C6H6 H2S и других компонентов из
коксового газа; абсорбция паров различных углеводородов из газов
переработки нефти и т. п.). Кроме того абсорбционные процессы являются
основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу
отходящих газов от вредных примесей (например очистка топочных газов от
SO2 очистка от фтористых соединений газов выделяющихся в производстве
минеральных удобрений и т. д.).
При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует
химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом
химическое соединение то процесс называется хемосорбцией.
Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве
абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора -
Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять
поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих
случаях проводить десорбцию не обязательно так как абсорбент и абсорбтив
представляют собой дешевые или отбросные продукты которые после абсорбции
можно вновь не использовать (например при очистке газов).
2. Устройство и принцип действия абсорберов.
Аппараты в которых осуществляются абсорбционные процессы называют
абсорберами. Как и другие процессы массопередачи абсорбция протекает на
поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую
поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования
этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:
) поверхностные и пленочные;
) барботажные (тарельчатые);
Следует отметить что аппараты большинства конструкций приводимых ниже
весьма широко применяются и для проведения других массообменных процессов.
Рис. 1. Поверхностный абсорбер.
- элемент абсорбера;
Рис. 2. Оросительный абсорбер.
Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов
(например для поглощения хлористого водорода водой). В указанных аппаратах
газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости
(рис. 1). Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала то
устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов в которых
газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Ниже предыдущего. Для
отвода тепла выделяющегося при абсорбции в аппаратах устанавливают
змеевики охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом либо помещают
абсорберы в сосуды с проточной водой.
Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер
(рис. 2) состоящий из ряда горизонтальных труб орошаемых снаружи водой.
Необходимый уровень жидкости в каждом элементе такого аппарата
поддерживается с помощью порога.
Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны чем
поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз
является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие
разновидности аппаратов данного типа:
) трубчатые абсорберы;
) абсорберы с плоско-параллельной или листовой насадкой;
) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.
Рис. 3. Трубчатый абсорбер.
Сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником.
Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку распределяется по трубам и
стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах с
большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости
по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется
по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода тепла
абсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой
- распределительное устройство.
Рис. 4. Абсорбер с плоскопараллельной насадкой.
Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой в виде
вертикальных листов из различного материала (металл пластические массы и
др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера
находятся распределительные устройства для равномерного смачивания листовой
насадки с обеих сторон.
- патрубок для подачи газа;
- щель для подачи абсорбента.
Рис. 5. Абсорбер с восходящим движением жидкой пленки.
Состоит из труб закрепленных в трубных решетках. Газ из камеры проходит
через патрубки расположенные соосно с трубами. Абсорбент поступает в трубы
через щели. Движущийся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую
пленку в направлении своего движения (снизу вверх) т. е аппарат работает
в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб жидкость сливается на
верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла
абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для
увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа состоящие из
двух или более ступеней каждая из которых работает по принципу прямотока
в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг
к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствие больших
скоростей газового потока (до 30— 40 мсек) достигаются высокие значения
коэффициентов массопередачи но вместе с тем гидравлическое сопротивление
этих аппаратов относительно велико.
- распределитель жидкости;
- перераспределитель жидкости
Рис. 6. Насадочный абсорбер.
Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили
колонны заполненные насадкой - твердыми телами различной формы. В
насадочной колонне (рис. 6) насадка укладывается на опорные решетки
имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя
с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз.
По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению
колонны обычно не достигается что объясняется пристеночным эффектом -
большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны чем у ее
стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от
центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания
насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями
(секциями) высотой 2 -3 м и под каждой секцией кроме нижней
устанавливают перераспределители жидкости.
В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом
в виде тонкой пленки поэтому поверхностью контакта фаз является
в основном смоченная поверхность насадки и насадочные аппараты можно
рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное
течение жидкости происходит по всей высоте аппарата а в насадочных
абсорберах - только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с
одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на
нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости
проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек капель и
брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной)
Барботажные (тарельчатые) абсорберы представляют собой как правило
вертикальные колонны внутри которых на определенном расстоянии друг от
друга размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок
осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие
жидкости и газа.В настоящее время в промышленности применяются
разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов. По способу слива жидкости
с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны:
) с тарелками со сливными устройствами
) с тарелками без сливных устройств.
- сливные устройства.
Рис. 7. Тарельчатая колонна со сливными устройствами.
В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при
помощи специальных устройств - сливных трубок карманов и т. п. Нижние
концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и
образуют гидравлические затворы исключающие возможность прохождения газа
через сливное устройство.
Принцип работы колонн такого типа виден из рис. 7 где в качестве
примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на
верхнюю тарелку сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства
и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата
проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При
этом газ распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на
тарелке образуя на ней слой пены являющийся основной областью массообмена
и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.
Переливные трубки располагают на тарелках таким образом чтобы жидкость
на соседних тарелках протекала во взаимнопротивоположных направлениях. За
последнее время все шире применяют сливные устройства в виде сегментов
вырезанных в тарелке и ограниченных порогом - переливом.
К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые колпачковые
клапанные и балластные пластинчатые.
Колпачковая тарелка (рис. 8).
Менее чувствительны к загрязнениям чем колонны с ситчатыми тарелками и
отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с
колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам разбиваясь
затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Прорези
колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или
прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости перетекающей
по тарелке от одного сливного устройства к другому. При движении через слой
значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в
жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на
колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения
колпачка в жидкость. Схема работы колпачка зависит от степени открытия
прорезей причем при полном открытии прорезей колпачок работает наиболее
эффективно. Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное
значение но желательно устройство узких прорезей так - как при этом газ
разбивается на более мелкие струйки что способствует увеличению
поверхности соприкосновения фаз. Для создания большей поверхности контакта
фаз на тарелках обычно устанавливают значительное число колпачков
расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным
переливами жидкости. Тарелка с радиальным переливом жидкости представляет
собой стальной диск который крепится на прокладке болтами к опорному
кольцу. Колпачки расположены на тарелке в шахматном порядке. Жидкость
переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным сливным трубкам
движется к центру и сливается на следующую тарелку по центральной трубке
затем снова течет к периферии и т. д.
Тарелка с диаметральным переливом жидкости представляет собой срезанный
с двух сторон диск установленный на опорном листе. С одной
стороны тарелка ограничена приемным порогом а с другой - сливным порогом
со сменной гребенкой при помощи которой регулируется уровень жидкости на
тарелке. В тарелке этой конструкции периметр слива увеличен путем замены
сливных трубок сегментообразными отверстиями ограниченными перегородками
что снижает вспенивание жидкости при ее переливе.
Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях
нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность
устройства и высокую стоимость низкие предельные нагрузки по газу
относительно высокое гидравлическое сопротивление трудность очистки.
Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми
более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.
- распределитель жидкости.
Рис. 9. Колонна с тарелками без сливных устройств.
В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те
же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и
газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную
тарелку - «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно
называют провальными. К ним относятся дырчатые
решетчатые трубчатые и волнистые тарелки.
Дырчатые тарелки аналогичны по устройству ситчатым тарелкам и отличаются
от последних лишь отсутствием сливных устройств. Диаметр отверстий в этих
тарелках равен 4 - 10 мм а суммарная площадь сечения всех отверстий по
отношению к сечению колонны составляет 10 - 25%.
Решетчатые тарелки имеют отверстия в виде выфрезерованных или
выштампованных щелей шириной 3 - 8 мм.
Трубчатые тарелки представляют собой чаще всего решетки образованные из
ряда параллельных труб присоединенных к коллектору.
Волнистые тарелки - гофрированные металлические листы с отверстиями 4 -
Дырчатые и решетчатые провальные тарелки отличаются простотой
конструкции низкой стоимостью изготовления и монтажа сравнительно
небольшим гидравлическим сопротивлением.
К достоинству трубчатых провальных тарелок относится легкость отвода
тепла от барботажного слоя на тарелке путем пропускания охлаждающего агента
по трубам из которых состоит тарелка. Однако эти тарелки в сравнении с
дырчатыми и решетчатыми значительно сложнее по устройству и монтажу.
Основной недостаток колонн с дырчатыми решетчатыми и трубчатыми
провальными тарелками - небольшой интервал изменения скоростей газа и
жидкости в пределах которого поддерживается устойчивая и эффективная их
В более широком диапазоне нагрузок работают волнистые провальные
тарелки. Однако эти тарелки сложнее чем дырчатые и решетчатые провальные
тарелки по устройству и монтажу.
Рис. 10. Полый распыливающий абсорбер.
- сепарационная камера.;
Рис. 11. Распыливающий абсорбер Вентури.
В абсорберах этого типа тесный контакт между фазами достигается путем
распыливания или разбрызгивания различными способами жидкости в газовом
Полый распыливающий абсорбер (рис. 10) представляет собой колонну в
верхней части корпуса которой имеются форсунки для распыливания жидкости
(главным образом механические). В распыливающих абсорберах объемные
коэффициенты массопередачи быстро снижаются по мере удаления от форсунок
вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта.
Поэтому оросители (форсунки) в этих аппаратах обычно устанавливают на
К достоинствам полых распыливающих абсорберов относятся простота
устройства низкое гидравлическое сопротивление возможность работы с
загрязненными газами легкость осмотра очистки и ремонта. Недостатки этих
аппаратов: невысокая эффективность значительный расход энергии на
распиливание жидкости трудность работы с загрязненными жидкостями
необходимость подачи больших количеств абсорбента для увеличения количества
капель и соответственно - поверхности контакта фаз низкие допустимые
скорости газа значения которых ограничены уносом капель жидкости.
Распыливающие абсорберы применяются главным образом для поглощения
хорошо растворимых газов так как вследствие высокой относительной скорости
фаз и турбулизации газового потока коэффициенты массоотдачи в газовой фазе
в этих аппаратах достаточно высоки.
Значительно более эффективными аппаратами являются прямоточные
распыливающие абсорберы в которых распыленная жидкость захватывается и
уносится газовым потоком движущимся с большой скоростью (20 - 30 мсек и
более) а затем отделяется от газа в сепарационной камере. К аппаратам
такого типа относится абсорбер Вентури (рис.11) основной частью которого
является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор трубы течет в виде
пленки и в горловине распыливается газовым потоком. Далее жидкость
выносится газом в диффузор в котором постепенно снижается скорость газа и
кинетическая энергия газового потока переходит в энергию давления с
минимальными потерями. Сепарация капель происходит в камере.
К распыливающим относятся также механические абсорберы в которых
разбрызгивание жидкости производится с помощью вращающихся устройств т. е.
с подводом внешней энергии для образования возможно большей поверхности
контакта фаз между газом и жидкостью.
Механические абсорберы компактнее и эффективнее распиливающих абсорберов
других типов. Однако они значительно сложнее по устройству и
требуют больших затрат энергии на осуществление процесса.
Во многих случаях в системах газ - жидкость для диспергирования одной
фазы в другой оказывается достаточным использование энергии потока газа
взаимодействующего с жидкостью и подвод внешней энергии для этой цели
3. Безопасная эксплуатация колонных аппаратов.
Проблема промышленной безопасности уходит корнями в то время когда
начали производить взрывчатые вещества но она значительно обострилась во
второй половине XX в. когда в химической промышленности стали создавать
крупные установки с целью повышения производительности и экономической
целесообразности. Вследствие этого возрастает содержание опасных веществ в
технологическом процессе что сопровождается угрозой катастрофических
пожаров взрывов токсичных выбросов и других разрушительных явлений
способных поражать население и окружающую среду.
Количество таких потенциально опасных производств увеличилось после
Второй мировой войны когда технология дешевых нефти и газа сменила
технологию угля. В промышленность широко вошла и технология сжиженных
углеводородных газов а также криогенных жидкостей - кислорода азота и
Еще одной характерной особенностью современного производства является
применение на одном предприятии в одном цехе самых разнообразных
технологических процессов сложных по своей физико-химической основе. Для
реализации технологических процессов используются разные виды машин
аппаратов вспомогательного и другого оборудования. В технологических
системах могут обращаться значительные количества высокотоксичных
легковоспламеняющихся коррозионно-активных и других потенциально опасных
веществ находящихся при повышенном давлении и высокой температуре.
В период реформирования экономики Российской Федерации и в связи с ее
переходом на рыночные отношения надзор за безопасностью труда в
промышленности и горный надзор возложены на Федеральный горный и
промышленный надзор России (Госгортехнадзор России). Его функции определены
положениями Федерального закона «О промышленной безопасности опасных
производственных объектов» принятого в 1997 г. постановлениями
Правительства Российской Федерации и Положением о Госгортехнадзоре России.
Госгортехнадзор России в соответствии с возложенными на него функциями
осуществляет государственный надзор за соблюдением требований нормативных
правовых и нормативно-технических документов по промышленной безопасности
во всех отраслях промышленности в геологоразведочных экспедициях и
партиях при устройстве и эксплуатации подъемных сооружений котельных
установок и сосудов работающих под давлением трубопроводов пара и горячей
воды объектов связанных с добычей транспортировкой хранением и
использованием газа при ведении взрывных работ в промышленности а также
за правильностью эксплуатации месторождений полезных ископаемых и за
Госгортехнадзор России реализует возложенные на него функции через
территориальные органы - управления и инспекции. Должностным лицом
непосредственно осуществляющим надзорные контрольные профилактические и
другие функции предусмотренные положениями о Госгортехнадзоре России в
территориальном органе является государственный инспектор (главный
государственный инспектор).
В области государственного надзора за безопасным ведением работ в
химической нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности
Госгортехнадзор России обеспечивает:
контроль за безопасной эксплуатацией технологического оборудования
контрольно - измерительных приборов и автоматики систем
противоаварийной защиты и сигнализации электротехнических устройств
систем связи и оповещения;
соблюдение установленного порядка при проектировании монтаже и
проведении пусконаладочных работ на оборудовании и объектах
химической нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности;
организацию обучения и аттестацию производственного персонала
руководителей и специалистов подконтрольных организаций и предприятий;
боеготовность профессиональных и нештатных аварийно - спасательных
формирований к локализации и ликвидации аварий и инцидентов;
ведение государственного реестра опасных производственных объектов
их правильную идентификацию и страхование;
надзор за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений на
подконтрольных предприятиях;
регистрацию технических устройств и установленный порядок продления
срока службы их безопасной эксплуатации;
установленный порядок ввода в эксплуатацию законченных строительством
участие своих представителей в приемке в эксплуатацию технических
устройств применяемых на подконтрольных предприятиях;
разработку и соблюдение требований планов локализации аварийных
ситуаций на химико-технологических объектах;
контроль за соблюдением установленного порядка осуществления
экспертизы промышленной безопасности и др.
В 2004 г. указом Президента Российской Федерации Госгортехнадзор России
преобразован в Федеральную службу по экологическому технологическому и
атомному надзору РФ (Ростехнадзор РФ) с передачей ей дополнительно к
прежней сфере деятельности надзорных и контрольных функций упраздненного
Министерства энергетики Российской Федерации и преобразованного
Государственного комитета Российской Федерации по строительству и жилищно-
коммунальному комплексу.
Недооценка опасностей которые могут возникнуть во время проведения
технологического процесса или ремонтных работ незнание или малейшие
отклонения от требований правил норм и инструкций по технике безопасности
могут привести к авариям и пожарам. Надо уметь предупреждать и устранять
Выполнение работниками предприятий достаточно большого числа правил
норм и инструкций по промышленной безопасности строго обязательно; Это
обусловлено тем что одному человеку невозможно предвидеть все возможные
обстоятельства случаи отклонения от технологического регламента и выхода
из строя машин и аппаратов. Это в большей степени реально на базе мирового
опыта а техническая документация (правила нормы инструкции) базируется
именно на долголетнем мировом опыте. Об этом нужно помнить всем кто связан
с химическим производством.
Для инженеров - механиков химических производств наиболее важный
технический документ - “Правила устройства и безопасной эксплуатации
сосудов работающих под давлением» где изложены основные требования к
сосудам выполнение которых обеспечивает их безопасную эксплуатацию ”. Эти
правила (брошюра) можно считать настольным документом для инженерно-
технических работников химических предприятий.
Решающее направление улучшения условий труда превращения всех
производств в безопасные связано с техническим перевооружением
промышленности на основе безопасной техники.
В процессе эксплуатации корпуса аппаратов подвергаются механическому
коррозионному износу и постепенно теряют надежность. Чтобы предотвратить
выход аппарата из строя необходим систематический надзор и уход за ним как
в процессе эксплуатации так и при ремонтах. Лишь при строгом соблюдении
правил эксплуатации можно обеспечить длительную работоспособность аппарата
и предупредить аварии. Каждый аппарат должен использоваться только в
соответствии с его конструктивным назначением и для тех сред и параметров
на которые рассчитан металл аппарата. Аппараты должны быть снабжены
предусмотренными проектами предохранительными и защитными устройствами.
Особая ответственность требуется при эксплуатации аппаратов работающих
под давлением. Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов
работающих под давлением утвержденными Госгортехнадзором РФ
предусматривается в частности снабжение аппарата приборами для измерения
давления и температуры среды предохранительными устройствами и запорной
арматурой. Аппарат работающий при изменяющейся температуре стенок должен
быть снабжен приборами по длине сосуда и реперами для контроля тепловых
Дополнительные меры безопасности предусматриваются для массообменных
аппаратов где обрабатываются вещества склонные к окислению с образованием
полимерных и других высоковязких губчатых материалов способных закупорить
трубопроводы в результате чего давление может превысить заданное
(например при обработке диеновых и ацетиленовых углеводородов). В таких
случаях общими мерами безопасности являются применение эффективных
ингибиторов процессов полимеризации и поликонденсации и ведение процессов в
«мягких» режимах (при низких оптимальных температурах и давлениях под
Условия безопасной эксплуатации исключают: ремонт аппаратов во время их
работы; неисправность арматуры контрольно-измерительных приборов и
предохранительных устройств; невыполнение инструкций по режиму работы и
обслуживания. При аварийных ситуациях аппарат должен быть остановлен
согласно действующей инструкции.
Особенно тщательно контролируют корпуса аппаратов коррозия которых не
просто приводит к нарушению их прочности но опасна еще и тем что продукты
коррозии могут загрязнить содержащийся в аппарате продукт закупорить
трубопроводы малого сечения теплообменники и другие аппараты связанные
единой технологической схемой. Поэтому необходимо стремиться к
предотвращению коррозии аппаратов любой интенсивности и характера.
Чтобы снизить опасность образования взрывных смесей массообменные
аппараты размещают на открытых площадках и продуваемых этажерках. Вынос
оборудования на открытые площадки позволяет уменьшить воздействие
тепловыделений на обслуживающий персонал снизить опасность отравлений
токсичными газовыделениями исключить необходимость устройства
дорогостоящей вентиляции.
4. Описание технологической схемы.
Исходная газопаровая смесь ацетилена и воздуха перед подачей в абсорбер
(А) охлаждается в холодильнике смешения (ХС) с помощью оборотной воды.
Охлажденная газопаровая смесь поступает в нижнюю часть абсорбера (А) в это
же время в верхнюю часть - поступает абсорбент - вода. Внутри колонны через
слой насадки происходит контактирование восходящих потоков газопаровой
смеси со стекающими потоками воды при этом происходит процесс поглощения
водой паров ацетилена. Получившаяся смесь воды и ацетилена выводится через
нижнюю часть колонны с помощью насоса и поступает в конденсатор (К) где
происходит ее конденсация за счет чистого ацетилена поступающего из
ректификационной колонны (КР). После смесь поступает в подогреватель (П1)
где подогревается с помощью воды которая поступает из ректификационной
колонны (КР). После подогрева смесь поступает во второй подогреватель (П2).
Эта смесь поступает в среднюю часть ректификационной колонны в которой
происходит разделение воды и ацетилена с помощью пара. Чистый ацетилен
поступает в холодильник (Х) для охлаждения и затем поступает в специальную
емкость (Е2). Часть конденсата образовавшегося в ректификационной колонне
уходит на утилизацию а часть при помощи насосов направляется через
оросительный холодильник (ХО) в специальную емкость (Е1). Из этой емкости
вода поступает в абсорбционную колонну (А) в качестве абсорбента. Градирня
служит для охлаждения воды которая используется в оросительном
1 Пересчет состава фаз
Производим пересчет из объемной массовой концентрации в относительную
мольную концентрацию
М – мольная масса газа [p
[pic]= [pic] = [pic]
[pic]= [pic] = [pic] = 482 [pic]
= 012 433 + (1 - 012) 482 = 476 [pic]
Производим пересчет из объемной массовой концентрации в массовые доли.
где М – расход поглощаемого компонента кгс;
G – расход инертного газа кгс;
2 Материальный баланс насадочного абсорбера.
М = G ([pic]) = L ([pic]) [8
L – расход жидкого поглотителя кгс;
[pic]- массовая концентрация поглощаемого компонента в газе в низу
[pic] - массовая концентрация поглощаемого компонента в газе на верху
[pic] - массовая концентрация поглощаемого компонента в жидкости в низу
[pic] - массовая концентрация поглощаемого компонента в жидкости на верху
М = G = L [pic] ([pic]) =
= 6667 (00252 – 0800252) = 0134 кгс;
По условию задачи уравнение равновесной линии имеет вид : [p
Где [pic]- относительно мольная доля ацетилена в газовой фазе равновесной
Х– относительно мольная доля ацетилена в воде [p
Из уравнения равновесной линии определяем [pic]
[pic]- относительно мольная доля ацетилена в воде на выходе из абсорбера
равновесной с газовой фазой [p
[pic]- относительно мольная доля ацетилена на входе в
абсорбер равновесной с жидкостью [p
Производим пересчет из объемной массовой концентрации в мольные доли
Производим пересчет из относительно мольной доли в массовую концентрацию
Определяем относительную массовую концентрацию ацетилена в воде на выходе
из абсорбера [pic]=0.
[pic] = [pic]+ [pic] = [pic]+0 = 0013 кгкг.
3 Расчет конструктивных размеров аппарата.
Определяем диаметр насадочного абсорбера
где D – диаметр абсорбционной колонны м;
V – расход газа проходящего через абсорбер [p
[pic]– скорость газа отнесенная к полному поперечному сечению колонны
Сначала рассчитываем фиктивную скорость газа [pic]в точке захлебывания
(инверсии) [pic] по уравнению
g – ускорение свободного падения [p
А = 0022 для насадки из колец и спиралей;
Принимаем D=1400 мм.
Определяем высоту насадочного абсорбера.
Определяем высоту слоя насадки:
где [pic]- высота слоя насадки м
G – постоянный по высоте колонны расход инертного газа [p
[pic]- средний коэффициент массопередачи [pic]
S – площадь поперечного сечения [p
[pic]- концевая движущая сила в низу абсорбера
[pic]- концевая движущая сила на верху абсорбера
[pic]- начальная концентрация поглощаемого компонента в газе в низу
абсорбера равновесной с жидкостью [p
[pic]- начальная концентрация поглощаемого компонента в газе
на верху абсорбера равновесной с жидкостью [p
где [pic]- относительная мольная концентрация [pic]
[pic]=128 [pic]= 12800147 = 0019[pic]
[pic][pic]= 00252 – 00167 = 00085
m – тангенс угла наклона линии равновесия
Е – коэффициент Генри зависящий от температуры и от природы газа и
П – общее давление смеси газов или паров равное сумме парциальных давлений
всех компонентов Па;
где [pic]-коэффициент Прандля
где Т – температура К;
р – давление (абсолютное) [p
где [pic]- динамический коэффициент вязкости при 0 С
С – постоянная Сатерленда
A – коэффициент зависящий от свойств растворенного вещества и
B– коэффициент зависящий от свойств растворенного вещества и растворителя;
4. Компоновка абсорбционной колонны:
Колонные аппараты предназначены для проведения тепло - и массообмена
(ректификация дистилляция абсорбция десорбция) в химической
нефтехимической и нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Колонные аппараты изготовляют диаметром 400 - 4000 мм в царговом (на
фланцах) исполнении корпуса аппарата под давлением до 16 кгссм 2(16 МПа)
в цельносварном исполнении корпуса аппарата под давлением до 40 кгссм
(40 МПа) при атмосферном давлении или под вакуумом с остаточным
давлением не более 10 мм.рт.ст.
Колонные аппараты изготавливают с насадками различных типов: с
регулярной насадкой и не регулярной насадкой. Регулярная насадка
укладывается в определенном порядке. Не регулярная насадка уложена
беспорядочно в навал. Насадки характеризуются следующими показателями:
плотность удельная поверхность свободный объем гидравлическое
сопротивление стоимость смачиваемость механическая прочность
незасоряемость коррозионная стойкость удобства обслуживания.
Колонные аппараты с насыпной керамической насадкой применяют при малой
производительности а также большой удельной нагрузке по жидкости. В нашей
колонне применяется не регулярная насадка: кольца Рашига 25*25*3.
Колонные аппараты с цельносварным корпусом оснащены (кроме указанных
сборочных единиц для колонных аппаратов в царговом исполнении) цапфами: по
ГОСТу 13716 - 73 при грузоподъемности 05 - 32 т; по ГОСТу 14114 - 69 -
ГОСТу 14116 - 69 при грузоподъемности 32 - 320 т; штырем накладками и
кранами-укосинами по стандартам завода – изготовителя.
На корпусе цельносварного аппарата предусмотрены люки для обслуживания
внутренних частей колонны (укладки насадки осмотра и ремонта ). Люки
рекомендуется располагать перед и после каждой насадки . Расположение люков
должно быть указано в опросном листе в зависимости от условий работы
колонны (необходимость замены чистки и др.).
Люки на корпусе аппарата должны быть расположены через один с
диаметрально противоположных сторон корпуса. Люки изготовляют по ОСТу - 26
- 2000 - 77 - ОСТу 26 - 2015-77.
Для колонн диаметром 1000 - 1600 мм диаметр люка 500 мм расстояние
между насадками в месте установления люка 600 мм; для колонн диаметром
свыше 1600 мм расстояние между насадками в месте установки люка 800 - 1000
В цельносварных колонных аппаратах диаметром свыше 1000 мм на корпусе
аппарата допускаются фланцевые разъемы в соответствиями с рекомендациями
ОСТа 26-808-73. [ руководство стр.34 ]
В соответствии с рекомендациями [13 стр.34]: принимаем тип колонного
аппарата колонна насадочная с цельносварным исполнением корпуса. Для
данного типа колонного аппарата выбираем комплектующие: не регулярная
насадка кольца Рашига 25*25*3. Принимаем рекомендуемое расстояние между
насадками 1215 мм. Диаметр люка принимаем равным 500 мм.
Производим пересчет размеров колонного аппарата в соответствии с
выбранными параметрами:
Чтобы исключить пристеночный эффект поделим насадку на несколько слоев.
Принимаем 3 слоя с высотой 4000 мм.
Принимаем расстояние между слоями 1215 мм.
Принимаем окончательную высоту колонны ( без крышек ) 19330 мм.
Днища так же как и обечайки являются одним из основных элементов
технологических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как
горизонтальных так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются
днищами. В сосудах применяются днища: эллиптические полусферические
торосферические сферические неотбортованные конические отбортованные
конические неотбортованные плоские отбортованные плоские неотбортованные
плоские присоединяемые па болтах.
Форма днищ применяемая в отечественном аппаратостроении бывает
эллиптическая полусферическая в виде сферического сегмента коническая и
плоская. Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без
отбортовки а эллиптические - только с отбортовкой. В ряде стран в том
числе бывших странах СЭВ применяются торосферические днища расчет которых
регламентирован ГОСТ 14249 -89. Наиболее распространенной формой днищ в
сварных технологических аппаратах особенно подведомственных
Госгортехнадзору является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр.
Днища с наружными базовыми диаметрами применяются для корпусов из труб а с
внутренними базовыми диаметрами - для корпусов свальцованных из листов.
Заготовки выпуклых днищ допускается изготавливать сварными из частей.
Расстояния от оси заготовки выпуклых днищ за исключением полусферических
до центра сварного шва должны быть не более 15 внутреннего диаметра днища.
Выпуклые днища допускается изготавливать из штампованных лепестков и
шарового сегмента. Количество лепестков не регламентируется. Если по центру
днища устанавливается штуцер то шаровой сегмент допускается не
изготавливать. Круговые швы выпуклых днищ за исключением полусферических
изготовленных из штампованных лепестков и шарового сегмента должны
располагаться от центра днища на расстоянии по проекции не более 13
внутреннего диаметра днища. Наименьшее расстояние между меридиональными
швами в месте их примыкания к шаровому сегменту или штуцеру установленному
по центру днища вместо шарового сегмента а также между меридиональными
швами и швом на шаровом сегменте должно быть более трехкратной толщины
днища но не менее 100 мм.
Полусферические дниша целесообразно применять в крупногабаритных
аппаратах подведомственных Госгортехнадзору имеющих D ≥ 4 м.
Согласно МН 4704 - 63 стальные полусферические днища изготавливаются D
= ( 36 - 12 )м с толщиной стенок 10 - 36 мм.
Сферические неотбортованные днища допускается применять в аппаратах 5-й
группы за исключением работающих под вакуумом. Сферические неотбортованные
днища в аппаратах 1 2 3 4-й групп и работающих под вакуумом допускается
применять только в качестве элемента фланцевых крышек
Конические днища применяются в основном в вертикальных аппаратах снизу
в которых требуется полное удаление жидкого сыпучего или кускового
продукта. Выбор угла в вершине конуса определяется технологическими
соображениями: для жидких веществ - их вязкостью а для сыпучих и кусковых
веществ — их углом естественного откоса.
В горизонтальных аппаратах работающих под наливом или под избыточным
давлением до 007 МПа могут применяться неотбортованные конические днища.
Конические неотбортованные днища или переходы допускается применять:
а) для аппаратов 1 2 3 4-й групп если центральный угол при вершине
конуса не более 45°;
б) для аппаратов работающих под наружным давлением или вакуумом если
центральный угол при вершине конуса не более 60 °.
Части выпуклых днищ в сочетании с коническими днищами или переходами
применяются без ограничения угла при вершине конуса.
Отбортованные конические днища с углом в вершине конуса 2α > 60 °
применяются большей частью в аппаратах работающих под избыточным давлением
до 007 МПа и под наливом. Применение таких днищ в аппаратах
подведомственных Госгортехнадзору должно быть согласовано с головным
Наличие концентрации напряжений в местах перехода одной криволинейной
поверхности в другую которые примерно в 17 раза превышают номинальные
напряжения в цилиндрической обечайке требуют из условий прочности
соответствующего увеличения толщины стенки днища и прилегающей к нему
концевой цилиндрической обечайки аппарата.
Для днищ изготовленных штамповкой допускается утонение в зоне
отбортовки до 15% от исходной толщины заготовки.
Одним из ответственных узлов в аппаратах является соединение днищ с
корпусом. Соединение полушаровых отбортованных эллиптических конических и
плоских днищ с цилиндрическими обечайками производится только встык.
В соответствии с вышеуказанными рекомендациями: принимаем для выбранного
типа корпуса крышку эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр с
внутренним диметром [pic]1400 мм.
Основные размеры эллиптических крышек и днищ должны соответствовать
Высота колонного аппарата равняется 20230 мм.
Присоединение трубной арматуры к аппарату а также технологических
трубопроводов для отвода различных жидких или газообразных продуктов
производится с помощью штуцеров или вводных труб которые могут быть
разъемными и неразъемными. По условиям ремонтоспособности чаще применяются
разъемные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения (на
сварке) применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе заполненном
тепловой изоляцией где длительное время не требуется осмотра соединений.
Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой
патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованые заодно с
фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают
тонкостенные и толстостенные что вызывается необходимостью укрепления
отверстия в стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.
Присоединение фланцевых штуцеров к цилиндрическому корпусу днищу или
крышке производится с определенным вылетом который зависит от ру и Dу а
также от толщины изоляции аппарата если аппарат подлежит тепловой
Вылеты безфланцевых штуцеров не стандартизированы их можно принимать по
соответствующим длинам патрубков фланцевых штуцеров.
При фланцевых соединениях на штуцерах с уплотнением выступ - впадина и
шип - паз штуцера на аппарате рекомендуется устанавливать с впадиной и
пазом. В этом случае присоединяемые части (трубная арматура труба) должны
иметь соответствующие фланцы с выступом и шипом.
Выбор штуцеров производится в зависимости от условного прохода который
определяется в зависимости от скорости компонента в штуцерах. Скорость
парогазовой смеси принимается в пределах 15 - 20 мс а скорость подачи
воды - в пределах 15 - 3 мс.
Принимаем скорость парогазовой смеси [pic]= 20 мс и скорость подачи
Определяем условные проходы штуцеров:
V - объемный расход компонента [p
[pic]- скорость компонента [pic].
Принимаем диаметр условного прохода равным 300 мм.
Принимаем диаметр условного прохода равным 100 мм.
Штуцера для вывода продуктов устанавливаются по центру на крышке и
днище соответственно для вывода воздуха и смеси ацетилена с водой. Штуцер
для ввода паровоздушной смеси устанавливается ниже первого слоя насадки на
расстоянии 800 мм. Штуцер для ввода воды устанавливается выше верхнего слоя
насадки на расстоянии 500 мм.
В соответствии с ОСТ 26 - 1404 - 76 принимаем штуцера с фланцами
стальными плоскими приварными с соединительным выступом на давление до 25
Отъемные крышки на корпусе аппарата применяются только в тех случаях
когда его невозможно выполнить цельносварным с люком для осмотра чистки
ремонта загрузки выгрузки монтажа и демонтажа внутренних устройств.
Крышки большей частью присоединяются к корпусу аппарата с помощью фланцев
которые металлоемки особенно при больших диаметрах и высоких давлениях в
аппарате и поэтому являются нежелательными.
Эллиптические и сферические крышки состоят из соответствующих
стандартных днищ сваренных со стандартными или специальными фланцами а
плоские являются цельными изготовленными из листов или поковок.
Многие аппараты по условиям их эксплуатации можно выполнить без крышек
цельносварными и такие аппараты обычно снабжаются люками которые
стандартизированы. Крышки вертикальных люков с массой свыше 20 кг и
горизонтальных массой 40 кг должны иметь устройства облегчающие их
обслуживание. Такие устройства стандартизированы.
Верхний люк устанавливаем на расстоянии 500 мм от верхнего края колонны
и нижний люк на расстоянии 500 мм от нижнего края.
Принимаем конструкцию люков в соответствии с ОСТ 26 - 2012 - 83 с
поворотным устройством.
Установка технологических аппаратов на фундаменты или специальные
несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор.
Непосредственно на фундаменты устанавливаются лишь аппараты с плоским
днищем предназначенные главным образом для работы наливом.
В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для
вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.
Вертикальные аппараты обычно устанавливаются на стойках когда их
размещают внизу помещения или на подвесных лапах когда аппарат размещают
между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях.
Аппараты с соотношением высоты к диаметру больше 5 размещаемые на
открытой площадке устанавливают на так называемых юбочных (цилиндрических
и конических) опорах.
Все опоры для стальных сварных аппаратов стандартизированы. Материал
деталей этих опор выбирается из условий эксплуатации. Накладной лист
приваривается к корпусу аппарата сплошным швом. Если опоры выполнены из
углеродистой стали накладные листы должны выполняться из стали той же
марки что и корпус аппарата.
Число опор определяется расчетом и конструктивными соображениями: лап
должно быть не менее двух стоек - не менее трех.
Скольжение опоры от температурных удлинений аппарата устанавливаемого
на бетонном фундаменте должно происходить по опорному листу (ОСТ 26 - 1267
- 75) а для аппарата устанавливаемого на металлоконструкции - по листу
предусматриваемому в последней. Опорный лист приваривается к аппарату
прерывистым угловым швом с катетом равным меньшему из значений толщины
корпуса или опорного листа. Если корпус аппарата подлежит термообработке
проварка опорного листа осуществляется до термообработки а опора к корпусу
приваривается после нее.
Материал деталей опор должен выбираться исходя из условий эксплуатации и
в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26 - 291 94.
Для разрабатываемого колонного аппарата выбираем опору в соответствии с
ОСТ 26 - 467 - 79 с местными косынками.
Различные отверстия в стенках корпуса днища сварного аппарата для
штуцеров и люков ослабляют стенки и поэтому должны быть большей частью
укреплены. Укрепление осуществляется патрубком штуцера утолщением
укрепляемой стенки и укрепляющим кольцом. Наиболее рациональным и поэтому
наиболее предпочтительным укреплением является укреплением патрубком
Укрепляющие кольца должны изготовляться предпочтительно цельными
(допускается выполнять их из двух половинок при этом сварной шов (со
сплошным проваром) должен быть расположен под углом 45° к продольной оси
аппарата если штуцер помещен на цилиндрическом корпусе). Все укрепляющие
кольца а также накладные бобышки должны иметь контрольные сквозные
отверстия М10 расположенные в нижней части кольца (бобышки) при рабочем
положении аппарата для пневматического испытания герметичности сварных швов
избыточным давлением 06 МПа.
5 Гидравлический расчет.
Величина гидравлического сопротивления колонных аппаратов (ректи-
фикационных абсорбционных экстракционных ) влияет на технологический
режим работы аппарата.
При расчете колонн определяют гидравлическое сопротивление аппа-
рата для того чтобы выбрать оптимальные скорости фазовых потоков
обеспечивающих эффективный массообмен. По гидравлическому сопротив-
лению колонны подбирают вентилятор компрессор или насос для подачи га-
зов и жидкостей обеспечивающих скорость движения фаз.
Гидравлическое сопротивление [pic] обусловливает энергетические зат-
раты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величина [pic]
рассчитывается по формуле:
где [pic] - гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью)
U – плотность орошения[pic]
b – коэффициент различных насадок.
Гидравлическое сопротивление сухой насадки [pic] определяется по
[pic] - коэффициент сопротивления
[pic] - скорость газа в свободном сечении насадки
6. Механический расчет абсорбера.
Толщину тонкостенных обечаек работающих под избыточным давлением
рассчитывают по формуле:
[pic]- конструктивная прибавка на коррозию.
Принимаем что толщина стенок обечаек должна быть не менее 62 мм.
Принимаем что толщина стенок обечаек равна 8 мм.
Толщину стандартных эллиптических днищ с отбортовкой работающих под
внутренним избыточным давлением рассчитывают по формуле:
где D - внутренний диаметр обечайки днища опоры мм;
С - коэффициент компенсации коррозии мм.
Принимаем что толщины днищ опор должны быть не менее 39 мм.
Принимаем толщина днищ равна 8 мм
Согласно ОСТ 26291 – 94 при различных толщинах корпуса и крышки длина
переходной части должна быть не менее:
[pic]- расстояние от края днища до края обечайки.
Принимаем длину переходной части равной12 мм.
Изучив литературный обзор по теме абсорбция и используя справочники
аппаратурное оформление подобрал насадку с хорошими показателями
подходящими для моего аппарата.
В расчетной части сделал пересчет состава фаз рассчитал материальный
баланс аппарата диаметр и высоту насадки приняв стандартные: [pic]
Чтобы исключить явление “пристеночный эффект ” поделил насадку на
три слоя каждый равный 4000 мм. Между слоями насадки подобрал и установил
перераспределители жидкости тарелку типа ТСН – II. Каждый слой насадки
установил на опорные решетки. Расстояние между слоями насадки принял
равным l = 1215 мм. Подобрал распределитель жидкости ТСН – III.
Рассчитал диаметр люков и принял равным [pic]. Рассчитал диаметры
условного прохода штуцеров и принял равными:
Рассчитал толщину стенок обечайки и днища и принял равными 8 мм.
Также рассчитал и принял длину переходной части равной [pic].
Подобрал цилиндрическую опору. Также сделал чертеж аппарата и чертеж
технологической схемы.
Список используемой литературы:
Аппараты колонные стальные сварные. Технические требования. ГОСТ 24305 –
“Вредные вещества в промышленности ”. Справочник для химиков инженеров
и врачей. Справочник в 3 томах. Том 1. Органические вещества. Под
редакцией заслуженного деятеля науки профессора Н. В. Лазарева и доктора
медицинских наук Э. Н. Левиной. Л. - “Химия” 592 с. - 1976 г.
Выполнение и оформление курсового проекта по процессам и аппаратам
химической технологии: Метод. указания. Изд. 2-е перераб. И дополн.
Казан. гос. технол. ун - т; Сост.: О. В. Маминов А. Ш. Бикбулатов и др.
Касаткин А. Г. “Основные процессы и аппараты химической технологии ”.
Издательство “Химия ” М. 1971 г. 784 с.
Колпачки капсульные стальные колонных аппаратов. Конструкция и размеры.
Технические требования. ГОСТ 9634 – 81.
Лащинский А. А. Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры: Справочник. Л.: Машиностроение 1970. 752 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по
проектированиюПод редакцией Ю. И. Дытнерского. М.: Химия 1991. 496 с.
Павлов К. Ф. Романков П. Г. Носков А. А. Примеры и задачи по курсу
Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. ОСТ
291 – 94. Москва НПО ОБТ 1994 г.
Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования. ГОСТ 24306
– 80 (СТ СЭВ 800 - 77).
Сосуды и аппараты. Ряды диаметров. ГОСТ 9617 – 76.
Тимонин А.С. “Основы конструирования и расчета химико -
технологического и природоохранного оборудования ”. Справочник в 3 томах
- Калуга. Издательство: Н. Бочкаревой 2002 год.
Типовые колонные аппараты. Руководство. Казань 1982 г.

Установка абсорбционная.cdw

Холодильник смешения
Холодильник оросительный
Колонна ректификационная
Вентиль регулирующий
Условное обозначение
Смесь диоксида серы с водой
Технологическая схема

ПЗ насад.абсорбер (2).doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
«Казанский Государственный Технологический Университет»
Механический факультет
Специальность 240801
Тема: Расчет насадочного абсорбера для поглощения из воздуха диоксида
. Литературный обзор по
1. Описание технологической
2. Сущность и роль проектируемого процесса в химико-технологических
3. Аппараты используемые для проведения проектируемого
3.3. Тарельчатые абсорберы
3.4. Насадочные абсорберы
4. Безопасность проектируемого
1. Пересчет состава фаз
2. Материальный баланс
3. Рабочие диаграммы
4. Расчет конструктивных размеров
Целью моего курсового проекта было рассчитать насадочный абсорбер с
кольцами Рашига для поглощения из воздуха диоксида серы.
Вначале я произвел литературный обзор по проектируемой теме абсорбция.
Описал сущность проектируемого процесса привел примеры аппаратов
используемых для проведения процесса. Описал технологическую схему процесса
Для начала расчета насадочного абсорбера в расчетной части я произвел
пересчет состава фаз составил материальный баланс. После составления
материального баланса построил рабочую диаграмму процесса. Затем рассчитал
скорость газа в колонне определил диаметр и высоту насадочной части
абсорбционной колонны. Я также произвел тепловой гидравлический и
механический расчеты для абсорбера.
В графической части на 1-ом листе я начертил технологическую схему
процесса абсорбции для поглощения диоксида серы из воздуха. На 2-ом листе я
начертил насадочный абсорбер с кольцами Рашига в масштабе 1:20. В конце
чертежа я указал технические требования и техническую характеристику
условия эксплуатации показал таблицу штуцеров.
Литературный обзор по теме
1. Описание технологической схемы
Технологическая схема состоит из следующих аппаратов:
насадочного абсорбера с кольцами Рашига где происходит поглощение
двуокиси серы из среды азота водой;
ректификационной колонны;
Смесь двуокиси серы по трубопроводу подается в нижнюю часть насадочной
абсорбционной колонны. В колонне смесь двуокиси серы контактирует со свежим
абсорбентом (вода) подаваемым сверху колонны. В результате снизу колонны
уходит насыщенный абсорбент с извлекаемым компонентом (двуокись серы) а
сверху колонны уходит очищенный газ (воздух). Насыщенный абсорбент с
помощью насоса подается в трубное пространство конденсатора. В межтрубном
пространстве движется газ десорбции где он конденсируется и идет в
холодильник на охлаждение оборотной водой. А насыщенный абсорбент проходя
через подогреватели поступает вверх ректификационной колонны. В нижнюю
часть колонны подается горячий отпаривающий агент (пар). Отпаривающий агент
испаряет из насыщенного абсорбента извлекаемый компонент (двуокись серы). В
результате газ десорбции уходит сверху колонны в конденсатор. Снизу колонны
отходит регенерированный абсорбент который после охлождения в оросительном
холодильнике смешивается со свежим абсорбентом и подается с помощью насоса
вверх абсорбционной колонны. Процесс происходит многократно и непрерывно.
Рис 1. Технологическая схема процесса абсорбции
Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или
парогазовых смесей жидким поглотителем - абсорбентом. Если поглощаемый газ
- абсорбтив - химически не взаимодействует с абсорбентом то такую
абсорбцию называют физической (непоглощаемую составную часть газовой смеси
называют инертом или инертным газом). Если же абсорбтив образует с
абсорбентом химическое соединение то такой процесс называют хемосорбцией.
В технике часто встречается сочетание обоих видов абсорбции.
Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма
обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью
разделение газовых смесей на составляющие их компоненты очистка газов от
вредных примесей улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
Физическая абсорбция (или просто абсорбция) обычно обратима. На этом
свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из
раствора -десорбция. Десорбцию газа проводят отгонкой его в токе инертного
газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижения
давления над абсорбентом. Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно
регенерируют химическими методами или нагреванием.
Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно применять
поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде. Часто десорбцию
проводить не обязательно так как полученный в результате абсорбции раствор
является конечным продуктом пригодным для дальнейшего использования.
В промышленности абсорбцию применяют для решения следующих основных
для получения готового продукта (например абсорбция S03 в производстве
серной кислоты абсорбция НС1 с получением хлороводородной кислоты
абсорбция оксидов азота водой в производстве азотной кислоты и т. д.); при
этом абсорбцию проводят без десорбции;
для выделения ценных компонентов из газовых смесей (например абсорбция
бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или
пиролиза природного газа и т.д.); при этом абсорбцию проводят в сочетании с
для очистки газовых выбросов от вредных примесей (например очистка
топочных газов от S02 очистка от фтористых соединений газов выделяющихся
при производстве минеральных удобрений и т.д.). Очистку газов от вредных
примесей адсорбцией используют также применительно к технологическим газам
когда присутствие примесей недопустимо
для дальнейшей переработки газа (наример очистка коксового и нефтяного
газов от H2S очистка азотоводородной смеси для синтеза аммиака от С02 и СО
и т. д.). В этих случаях извлекаемые из газовых смесей компоненты обычно
используют поэтому их выделяют десорбцией;
) для осушки газов когда в абсорбционных процессах (абсорбция
десорбция) участвуют две фазы-жидкая и газовая-и происходит переход
вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или наоборот из жидкой
фазы в газовую (при десорбции) причем инертный газ и поглотитель являются
только носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах и в
этом смысле в массопереносе не участвуют.
3. Аппараты используемые для проведения проектируемого процесса
Аппараты в которых осуществляются абсорбционные процессы называют
абсорберами. Как и другие процессы массопередачи абсорбция протекает на
поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую
поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования
этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:
пленочные; насадочные;
распыливающие; тарельчатые.
3.1. Пленочные абсорберы
В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность
жидкости текущей по твердой обычно вертикальной стенке. К этому виду
аппаратов относятся: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с
плоскопараллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим
движением пленки жидкости.
Трубчатый абсорбер. По устройству (рис. 1) он аналогичен кожухотрубчатому
теплообменнику. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку
распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде
тонкой пленки. В абсорберах с большим числом труб для улучшения
распределения абсорбента по трубам применяют специальные распределительные
устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой
пленке. В случае необходимости отвода теплоты абсорбции в межтрубное
пространство абсорбера подают охлаждающий агент (обычно воду).
Рис. 1. Трубчатый пленочный абсорбер
Абсорбер с плоскопараллельной насадкой.
Такой аппарат представлен на рис. 2. Пакет листовой насадки 1 в виде
вертикальных листов из различного материала (металл пластические массы
натянутая на каркас ткань и др.) помещают в колонну (абсорбер). В верхней
части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для обеспечения
равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.
- пакеты листовой насадки;
- распределительное устройство.
Рис. 2. Пленочный абсорбер с плоскопараллельной (листовой) насадкой
3.2. Распыливающие абсорберы
В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается
распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы
подразделяют на следующие группы: 1) полые (форсуночные) распыливающие
абсорберы в которых жидкость распыляется на капли форсунками; 2)
скоростные прямоточные распыливающие абсорберы в которых распыление
жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока; 3)
механические распыливающие абсорберы в которых жидкость распыляется
вращающимися деталями.
Полые распыливающие абсорберы.
Рис. 4. Устройство полых распыливающих абсорберов:
а - вертикального с верхним распылом жидкости; б - вертикального с распылом
жидкости по высоте аппарата; в - горизонтального с перекрестным током;
-корпуса; 2-форсунки; 3-коллектор орошающей жидкости; 4-брызгоотбойник;
-газораспределительная решетка.
Полые распыливающие абсорберы (рис. 4) представляют собой полые
колонны. В этих абсорберах газ движется снизу вверх а жидкость подается
через расположенные в верхней части колонны 1 форсунки 2 с направлением
факела распыла обычно сверху вниз. Эффективность таких абсорберов невысока
что обусловлено перемешиванием газа по высоте колонны и плохим заполнением
ее сечения факелом распыленной жидкости. В результате объемный коэффициент
массопередачи и число единиц переноса в этих аппаратах невелики. Поэтому
распылительные форсунки в полых абсорберах часто устанавливают на
Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой устройства низкой
стоимостью малым гидравлическим сопротивлением их можно применять для
обработки сильно загрязненных газов.
К недостаткам полых распыливающих абсорберов помимо их низкой
эффективности относятся также низкие скорости газа (до 1 мс) во избежание
уноса неудовлетворительная их работа при малых плотностях орошения
достаточно высокий расход энергии на распыление жидкости. Распыливающие
полые абсорберы целесообразно применять для улавливания хорошо растворимых
Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы.
Рис. 5. Устройство бесфорсуночного абсорбера Вентури:
а - с эжекцией жидкости; б - с пленочным орошением; 1-конфузоры; 2-
-диффузоры; 4-сепараторы; 5-циркуляционная труба; 6-гидравлический затвор
Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы отличаются тем что в
случае прямотока процесс можно проводить при высоких скоростях газа (до 20-
мс и выше) причем вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в
сепарационном пространстве 4. К этому типу аппаратов относится абсорбер
Вентури (рис. 5) основной частью ко-
торого является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор 1 течет в
виде пленки и в горловине 2 распыляется газовым потоком. Затем жидкость
газовым потоком выносится в диффузор 3 в котором скорость газа снижается и
его кинетическая энергия переходит в энергию давления с минимальными
потерями. Отделение капель от газа происходит в сепараторе 4.
Механические распыливающие абсорберы.
Рис. 6. Распыливающие абсорберы:
а - с разбызгиванием жидкости валками лопастного типа; б - с
разбрызгиванием жидкости дисками; 1 -валы; 2-разбрызгиватели; 3-
В этих абсорберах разбрызгивание жидкости производится с помощью
вращающихся устройств т. е. с подводом внешней энергии для развития
поверхности фазового контакта. На рис. 6 представлен такой абсорбер в
котором разбрызгивание жидкости осуществляется с помощью лопастей (рис. 6
а) или дисков (рис. 6б) закрепленных на горизонтальных валах 1.
Разбрызгивающие элементы 2 устанавливают так что газ движется
перпендикулярно или параллельно осям их валов.
По сравнению с абсорберами других типов механические абсорберы более
компактны и эффективны но они значительно сложнее по конструкции и требуют
больших затрат энергии для проведения процесса.
Тарельчатые абсорберы обычно представляют собой вертикальные цилиндры-
колонны внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте
колонны размещаются горизонтальные перегородки - тарелки. Тарелки служат
для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз
(жидкость течет сверху вниз а газ проходит снизу вверх) и многократном
взаимодействии жидкости и газа.
Таким образом процесс массопереноса в тарельчатых колоннах
осуществляется в основном в газожидкостных системах создаваемых на
тарелках поэтому в таких аппаратах процесс проходит ступенчато.
На каждой тарелке в зависимости от ее конструкции можно поддерживать
тот или иной вид движения фаз обычно перекрестный ток или полное
перемешивание жидкости.
По способу слива жидкости с тарелки абсорберы этого типа подразделяют
на колонны с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных
Тарельчатые колонны со сливными устройствами. К аппаратам этого типа
относятся колонны с колпачковыми ситчатыми клапанными и другими
тарелками. Эти тарелки имеют специальные устройства для перетока жидкости с
одной тарелки на другую - сливные трубки карманы и др. Нижние концы
сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для
создания гидрозатвора предотвращающего прохождение газа через сливное
устройство (рис. 7 а).
Колпачковая тарелка.
Рис. 7. Устройство колонны и колпачковых тарелок с капсульными колпачками:
а - колонна с тарелками; б -две соседние тарелки; в - капсульный колпачок;
г - формы капсульных колпачков; 1-тарелки; 2-газовые (паровые) патрубки; 3-
круглые колпачки; 4-переточные перегородки (или трубы) с порогами; 5-
гидравлические затворы; 6-корпус колонны.
Жидкость подается на верхнюю тарелку движется вдоль тарелки от одного
сливного устройства к другому перетекает с тарелки на тарелку и удаляется
из нижней части абсорбера. Переливные устройства на тарелках располагают
таким образом чтобы жидкость на соседних по высоте аппарата тарелках
протекала во взаимопротивоположных направлениях. Газ поступает в нижнюю
часть абсорбера проходит через прорези колпачков (рис. 7в) и затем
попадает в слой жидкости на тарелке высота которого регулируется в
основном высотой сливного порога. При этом газ в жидкости распределяется в
виде пузырьков и струй образуя в ней слой пены в которой происходят
основные процессы массо- и теплопереноса. Эта пена нестабильна и при
подходе ее к сливному устройству жидкость осветляется. Пройдя через все
тарелки газ уходит из верхней части аппарата.
Отметим что колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных
изменениях нагрузок по газу и жидкости. Этот показатель очень важен при
организации процесса в производственных условиях. Но недостатки колпачковых
тарелок довольно существенны-они сложны по устройству для их изготовления
требуются большие затраты металла они отличаются большим гидравлическим
сопротивлением и малой предельно допустимой скоростью газа. Поэтому колонны
с колпачковыми тарелками вытесняются более эффективными конструкциями
тарельчатых аппаратов.
Рис. 8. Устройство колонны с ситчатыми переточными тарелками:
а - колонна с тарелками; б - две соседние тарелки; 1-тарелки; 2-переточные
перегородки или трубы с порогами; 3-гидравлические затворы; 4-корпус
Эти тарелки (рис. 8) имеют большое число отверстий диаметром 2-8 мм
через которые проходит газ в слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на
тарелке 1 поддерживается переливным устройством 2. При слишком малой
скорости газа его давление не может удержать слой жидкости соответствующий
высоте перелива и жидкость может просачиваться (или «проваливаться») через
отверстия тарелки на нижерасположенную тарелку что приводит к
существенному снижению движущей силы процесса абсорбции. Поэтому газ должен
двигаться с определенной скоростью и иметь давление достаточное для того
чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание
жидкости через отверстия тарелки.
К достоинствам ситчатых тарелок относятся простота их устройства
легкость монтажа и ремонта сравнительно низкое гидравлическое
сопротивление достаточно высокая эффективность. Однако эти тарелки
чувствительны к загрязнениям и осадкам которые забивают их отверстия.
Рис. 9. Устройство клапанных тарелок:
а - две соседние тарелки с круглыми клапанами; б - принцип работы клапана;
-тарелка; 2-клапан; 3-переточная перегородка с порогом; 4-гидравлический
затвор; 5-корпус колонны; 6-диск клапана; 7-ограничители подъема клапана; в
- круглые клапаны с верхним ограничителем () и с балластом (): 1-
-ограничитель; 3-балласт
Принцип действия этих тарелок (рис. 9 а) состоит в том что клапан 2
свободно лежащий над отверстием в тарелке 1 с изменением расхода газа
увеличивает подъем и соответственно площадь зазора между клапаном и
плоскостью тарелки для прохода газа. Поэтому скорость газа в этом зазоре а
значит и во входе в слой жидкости на тарелке остается приблизительно
постоянной что обеспечивает неизменно эффективную работу
тарелки. Гидравлическое сопротивление тарелки при этом увеличивается
незначительно. Высота подъема клапана определяется высотой ограничителя 7
(рис. 9б) и обычно не превышает 6-8 мм. Диаметр отверстий под клапаном
составляет 35-40 мм а диаметр самого клапана 45-50 мм.
К достоинствам клапанных тарелок следует отнести прежде всего их
гидродинамическую устойчивость и высокую эффективность в широком интервале
изменения нагрузок по газу. К недостаткам этих тарелок относятся их
повышенное гидравлическое сопротивление обусловленное весом клапана и
усложненная конструкция тарелки.
Пластинчатые тарелки.
-гидравлический затвор;
-переливная перегородка;
Рис. 10. Устройство пластинчатых тарелок
Эти тарелки работают при однонаправленном движении фаз (рис. 10). На
пластинчатой тарелке жидкость движение которой показано на рисунке
сплошными стрелками поступает с вышележащей тарелки в гидравлический
затвор 1 и через переливную перегородку 2 попадает на тарелку 3 состоящую
из ряда наклонных пластин 4. Дойдя до первой щели образованной
наклонными пластинами жидкость встречается с газом (пунктирные стрелки)
который с большой скоростью (20-30 мс) проходит сквозь щели. При этом
происходит частичное диспергирование жидкости газовым потоком и
отбрасывание ее к следующей щели где процесс взаимодействия фаз
повторяется. Поэтому на такой тарелке жидкость с большой скоростью в
основном в виде капель движется от переливной перегородки 2 к сливному
карману 5. На пластинчатых тарелках нет необходимости в установке
переливного порога у кармана 5 что уменьшает их гидравлическое
К достоинствам пластинчатых тарелок относятся достаточно низкое
гидравлическое сопротивление большие допустимые нагрузки по жидкости и
газу небольшой расход материала на их изготовление. Недостатками
пластинчатых тарелок являются сложность подвода и отвода теплоты невысокая
эффективность при низких нагрузках по жидкости и др.
Колонны с тарелками без сливных устройств.
Устройство колонны и провальных тарелок:
а - колонна с провальными тарелками; б-две соседние дырчатые провальные
тарелки (1-колонна; 2-тарелки)
В тарелке без сливных устройств (рис. 11) газ и жидкость проходят
через одни и те же отверстия или щели. При этом одновременно с
взаимодействием фаз на тарелке происходит сток жидкости на
нижерасположенную тарелку - «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого
типа часто называют провальными.
Рис. 3. Насадочные абсорберы:
а - со сплошным слоем насадки; б - с секционной загрузкой насадки: 1-
корпуса; 2-распределители жидкости; 3-насадка; 4-опорные решетки; 5 -
перераспределитель жидкости; 6-гидравлические затворы; в - эмульгационная
насадочная колонна: 1-насадка; 2-сетка фиксирующая насадку; 3-
гидравлический затвор; 4-опорная решетка; 5 -распределитель газа.
Насадочные абсорберы получили наибольшее применение в промышленности.
Эти абсорберы представляют собой колонны заполненные насадкой-твердыми
телами различной формы. В насадочной колонне 1 (рис. 3аб) насадка 3
укладывается на опорные решетки 4 имеющие отверстия или щели для
прохождения газа и стока жидкости которая достаточно равномерно орошает
насадку 3 с помощью распределителя 2 и стекает по поверхности насадочных
тел в виде тонкой пленки вниз. Однако равномерного распределения жидкости
по всей высоте насадки по сечению колонны обычно не достигается что
объясняется пристеночным эффектом. Вследствие этого жидкость имеет
тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому
часто насадку в колонну загружают секциями высотой в четыре-пять диаметров
(но не более 3-4 метров в каждой секции) а между секциями (слоями насадки)
устанавливают перераспределители жидкости 5 (рис. 3б) назначение которых
состоит в направлении жидкости от периферии колонны к ее оси. Жидкость в
насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки поэтому
поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность
насадки. Однако при перетекании жидкости с одного элемента насадки на
другой пленка жидкости разрушается и на
нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости
проходит на расположенные ниже слои насадки в виде струек капель и брызг.
Часть поверхности насадки в основном в местах соприкосновения насадочных
элементов друг с другом бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.
В этом состоит основная особенность течения жидкости в насадочных колоннах
в отличие от пленочных в которых пленочное течение жидкости происходит по
всей высоте аппарата.
4 Безопасность эксплуатации проектируемого аппарата.
В химической промышленности применяют различное по назначению
устройству и особенностям эксплуатации оборудование (насосы
ректификационные колонны абсорберы сепараторы центрифуги адсорберы
смесители разного типа и т.д.).
Наряду с основными эргономическими и техническими требованиями к их
в технической документации на каждый вид оборудования должны быть
разработаны и изложены меры безопасности при его эксплуатации особенно
надежности и долговечности.
К оборудованию применяют требования связанные с удобством его
обслуживания. Требования к оборудованию содержат:
нормы на безопасность при его монтаже
(демонтаже) эксплуатации ремонте
транспортировании и хранении;
меры взрыво- и пожарозащиты
электробезопасности.
В них предусматривается также необходимость устройства газо- паро-
пневмо- гидро- и других систем; средств торможения регулирования
остановки; предохранительных устройств; средств защиты оборудования и т.д.;
Безотказность оборудования. Оборудование должно быть безотказным т.к.
отказ может привести к аварии или взрыву.
Различают три характерные группы отказов присущих любому аппарату или
системе: приработочные внезапные и износовые (постепенно).
Приработочные отказы – результат дефекта элементов и ошибок допущенных
при сборке и монтаже.
По окончании приработки – наступает период нормальной эксплуатации
который составляет несколько тысяч часов. Для него характерны внезапные
(случайные) отказы которые подчиняются экспоненциальному закону
распределения и не зависят от продолжительности эксплуатации элементов
оборудования. Интенсивность отказов в этот период минимальна уровень ее
постоянен а вероятность безотказной работы одинакова для любых равных
отрезков времени в течение этого периода.
Возникновение износовых отказов зависит от сроков службы элемента.
Интенсивность таких отказов для равных промежутков времени в период износа
непостоянна. Она повышается при увеличении срока эксплуатации и приближении
его к среднему сроку службы оборудования. Для предотвращения износовых
отказов применяют профилактическую замену элементов до наступления периода
Основная задача связанная с повышением безопасности оборудования
заключается в регулируемом снижении и создании условий для сравнительно
легкого и быстрого устранения минимального числа внезапных отказов.
Долговечность оборудования. Оборудование может быть ремонтируемым и
неремонтируемым. Ремонтируемым считается оборудование работоспособность
которого в случае отказа можно восстановить в данных условиях эксплуатации
подручными средствами; неремонтируемым – оборудование работоспособность
которого в случае отказа не подлежит или не поддается восстановлению в
данных условиях эксплуатации. В случае неремонтируемого оборудования при
наступлении первого его отказа нарушается безотказность и исчерпывается
Надежность оборудования. Надежность оборудования учитывают при
проектировании и поддерживают в условиях эксплуатации.
При проектировании оборудования применительно к условиям эксплуатации
выбирают конструкцию оптимальных форм и размеров требуемой механической
прочности и герметичности выполненную по возможности из стандартизованных
и унифицированных узлов и деталей. Важное значение имеет правильный выбор
конструкционных материалов с учетом общих и специальных условий
эксплуатации оборудования: давления температуры агрессивного воздействия
При эксплуатации надежность оборудования поддерживается строгим
соблюдением заданных параметров рабочего режима качественным обслуживанием
и необходимой профилактикой.
Удобство и безопасность обслуживания оборудования достигаются при его
автоматизации и дистанционном управлении. Важное значение имеет устранение
шума и вибрации работающих машин и аппаратов возможность поагрегатного
ремонта и чистки оборудования. К частям аппаратов должен быть удобный
доступ. Аппараты работающие под давлением или имеющие сложное внутреннее
устройство необходимо осматривать изнутри для чего их снабжают люками-
лазами а при малых размерах делают разъемными.
Мешалки перегородки тарелки змеевики и другие внутренние устройства
должны быть съемными чтобы не мешать внутреннему осмотру аппарата. Когда
доступ в аппарат затруднен или невозможен его оборудуют специальными
лючками смотровыми окнами.
При выборе аппаратуры для установке на открытой площадке желательно
применять цельносварные конструкции с минимальным числом разъемов и
отдельных частей аппаратов: царг блоков и др. Конструкция внутренних
устройств должна быть разборной с размерами деталей (частей)
обеспечивающими монтаж через люки. Число лазов и люков определяется
удобством работы числом и высотой обслуживающих площадок но при всех
условиях должно быть минимальным.
Аппараты работающие под давлением – и это как правило герметически
емкости предназначенные для ведения химических и тепловых процессов
хранения и перевозки сжатых сжиженных и растворенных газов а также
жидкостей под давлением. Основная опасность при работе таких аппаратов –
возможность их разрушения при физическом взрыве среды.
1. Материальный баланс аппарата
[pic] [Павлов Романков с.290]
[pic]- концентрации поглощаемого компонента в газе внизу и на верху
абсорбера кгкг инертного газа;
[pic]- то же в жидкости внизу и на верху абсорбера кгкг жидкого
2. Пересчет состава фаз
[pic] [Павлов Романков с.283]
[pic] - относительная массовая концентрация SO2 кгкг
[pic]- объемная массовая концентрация SO2 в газовой фазе кгАм 3(А+В).
2.1 Определение плотности газовой смеси
[pic]=[pic] [Павлов Романков с.13]
[pic] [pic]- плотности компонентов газовой смеси кгм 3.
[pic]- плотность воздуха..
3 Определение расхода поглотителя
3.1 Пересчет состава фаз
В относительные мольные концентрации:
[pic][Павлов Романков с.283]
[pic] - плотность газовой смеси.
Рассмотрим уравнение равновесной линии:
[pic]-мольная доля компонента в жидкости.
Из уравнения равновесной линии определим: [pic]
3.2 Определение минимального расхода абсорбера
[pic][Павлов Романков с.291]
Т.к. [pic] = 0 то: [pic]кгс
[pic] - коэффициент избытка поглотителя.
По уравнению материального баланса определим:
4. Расчет конструктивных размеров аппарата
4.1 Определение диаметра насадочного абсорбера:
[pic] [Павлов Романков с.292]
[pic]скорость газа отнесенная к полному поперечному сечению колонны
Определим расход газа: [pic]
[pic]Определим скорость газа.. Сначала рассчитаем фиктивную скорость
газа [pic] в точке захлебывания:
[pic][Павлов Романков с.292]
L и G – массовые расходы жидкости и газа кгс.
Затем определим рабочую скорость газа:
[pic]мс [Павлов Романков с.292]
где [pic]- рабочая скорость газа мс.
4.2 Определение скорости газа при D = 14м.
Пересчитаем скорость пара в колонне: [pic].
4.3 Определение числа теоретических тарелок:
По уравнению равновесной линии [pic]
4.4 Определение высоты насадочной части:
[pic]- коэффициент смоченности насадки.
[pic]- общее число единиц переноса.
где [pic]- средний коэффициент массопередачи [pic].
[pic]и [pic]- фазовые коэффициенты массоотдачи мс.
[pic] [Павлов Романков с.293]
где [pic]- средняя движущая сила.
[pic] [Павлов Романков с.291]
где [pic]- равновесная относительная массовая концентрация кгкг.
[pic] тогда [pic] [Павлов Романков с.291]
[pic] [Павлов Романков с.294]
[pic]- диффузионный критерий Прандтля в газовой фазе.
где [pic]- динамический коэффициент вязкости газовой фазы Па с.
где [pic]- коэффициент диффузии поглощаемого компонента в газе [pic].
где [pic]- эквивалентный диаметр м.
[pic] [Павлов Романков с.311]
[pic]- диффузионный критерий Прандтля в жидкой фазе.
где [pic]- коэффициент диффузии воды [pic].
где [pic]- приведенная толщина жидкой пленки м.
[pic][pic][pic][pic]
5. Компановка аппарата
Выбор типа корпуса для колонного аппарата. Колонные аппараты предназначены
для проведения процессов тепло- и массообмена (ректификация дистилляция
абсорбция десорбция) в химической нефтехимической нефтеперерабатывающей
и других отраслях промышленности.
Колонные аппараты изготовляют диаметром корпуса 400-4000 мм в царговом
исполнении на давление до 16 МПа в цельносварном исполнении на давление
до 40 МПа под атмосферном или под вакуумом с остаточным давлением не
Колонные аппараты изготовляют с тарелками различных типов: колпачками
типов ТСК-1 ТСК-Р и ТСК-[p ситчатыми тарелками типов ТС ТС-Р и ТС-
клапанная типов ТСЖК и ТСЖК-2; решетчатыми типа ТС-Р; клапанными
прямоточными типа ТКП; также с насыпной керамической и металлической
Тарелки типов ТСК-1 ТСК-Р и ТСК-[pic] с капсульными колпачками
применяют в процессах происходящих при избыточном и атмосферном давлениях
а также при неглубоком вакууме с нестабильными нагрузками по газу и
жидкости.. Диапазон устойчивой работы колпачковых тарелок 45.
Тарелки типа ТС-Р с решетчатыми полотнами применяют в проиессах со
стабильными нагрузками по пару и жидкости при переработке суспензий
жидкостей склонных к выделению осадков и полимеризующихся жидкостей.
Колонные аппараты с насыпной керамической насадкой применяют при малой
производительности а также большой удельной нагрузке по жидкости.
Клапанные прямоточные тарелки типа ТКП применяют в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности при атмосферном или
повышенном давлении изменяющихся нагрузках по пару и жидкости а также при
повышенных требованиях к качеству и четкости разделения смеси.
Ситчатые тарелки типа ТСО с отбойными элементами применяют в процессах
происходящих под вакуумом или при избыточном давлении (до 6 МПа) при
постоянных нагрузках по жидкости и пару в нефтеперерабатывающей и других
смежных отраслях промышленности.
Колонные аппараты диаметром 1000-4000 мм изготовляют в цельносварном
исполнении с колпачковыми однопоточными тарелками типа ТСК-Р с ситчатыми
однопоточными тарелками типа ТС-Р и ТС-Р2 с жалюзийно-клапанными тарелками
типа ТСЖК (1 и 2) с клапанными (прямоточными) тарелками диаметром 1400-
00 мм с двухпоточными колпачковыми тарелками типа ТСК-[pic]и с
двухпоточными ситчатыми тарелками типа ТС-[pic].
Колонные аппараты диаметром 1000-2800 мм с насыпной насадкой
изготовляют с цельносварным корпусом со съемной крышкой. Для равномерного
распределения жидкости по поверхности насадки аппараты оснащены
распределительными тарелками типа ТСН-( и перераспределительными тарелками
Распределительную тарелку типа TCH-( устанавливают в верхней части
аппарата перераспределительную тарелку типа ТСН-( под опорной решеткой для
насадки (кроме нижней опорной решетки). Каждый ярус насадки опирается на
опорную решетку изготовляемую по ОСТу 26-02-601-72 и ОСТу 26-02-602-72.
Колонные аппараты с цельносварным корпусом оснащены (кроме указанных
сборочных единиц для колонных аппаратов в царговом исполнении) цапфами: по
ГОСТу 137716-73 при грузоподъемности 05-32 т; по ГОСТу 14114-69 – ГОСТу
116-69 при грузоподъемности 32-320 т; штырем накладками и кранами –
укосинами по стандартам завода-изготовителя. Колонные аппараты с насыпными
насадками оснащены насадками общего применения:
Кислотоупорными насадочными керамическими кольцами (кольца Рашига) по
ГОСТу 17612-72; керамическими седлами "Инталокс" по TУ 21 УССР 934-75.
Колонные аппараты диаметром 1200-4000 мм изготовляет в цельносварном
исполнении с клапанными прямоточными одно- и двухпоточными тарелками типа
ТКП или с ситчатыми одно- и двухпоточными тарелками типа ТСО с отбойными
Все тарелки - аналогичной конструкции.
Основания тарелок разборные состоят из съемных балок и секций
контактными элементами: колпачками жалюзийно-клапанными элементами
перфорацией и клапанами. Опорная рама тарелки и лист сливного кармана
приварены к корпусу аппарата.
На листе сливного кармана расположена планка которая перемещаясь в
вертикальном направлении регулирует высоту для слоя жидкости на тарелке.
Необходимую высоту сливной планки заказчик выбирает по технической
характеристике тарелок типов ТСК-Р ТС-Р и TС-P2 ТСЖК ТСК-[pic] ТС
На корпусе цельносварного аппарата предусмотрены люки для обслуживания
тарелок. Люки рекомендуется располагать через каждые 5-10 тарелок.
Расположение люков должно быть указано в опросном листе в зависимости от
условий работы колонны (необходимость чистки тарелок и др.).
Люки на корпусе аппарата должны быть расположены через один с
диаметрально противоположенных сторон корпуса. Люки изготовляют по ОСТу 26-
00-77 - ОСТу 26-2015-77.
Для колонн диаметром 1000-1600 мм диаметр люка между тарелками в месте
установки люка 500 мм расстояние между тарелками в месте установки люка
0 мм; для колонн диаметром свыше 1600 мм расстояние между тарелками в
месте установки люка 800-1000 мм. Для обслуживания тарелок типов ТКП и ТСО
- диаметр люка 450 или 500 мм.
В цельносварных колонных аппаратах диаметром свыше 1000 мм на корпусе
аппарата допускается фланцевые разъемы в соответствии с рекомендациями ОСТа
Минимальная толщина стенки корпуса колонного аппарата в зависимости от
диаметра аппарата при диаметре 1000-1800 мм толщина корпуса равна 10 мм;
для 2000-2600 мм будет равна 12 мм и т.д.
Я принял решение выбрать колонный цельносварной аппарат диаметром 1400
мм с насыпной насадкой.
Параметры моей колонны.
Тип насадки – насыпная: 2 слоя по 3000 мм.
Расстояние между слоями насадок [pic].
Тип тарелок – распределительная ТСН-III перераспределительные ТСН-II.
Диаметр люка составляет 500 мм.
Толщина стенки корпуса для диаметра D = 1400 мм составляет [pic].
Выбор материала аппарата. Сталь является наиболее распространенным
конструкционным материалом при изготовлении технологического и
природоохранного оборудования. Она обладает хорошей прочностью весьма
технологична при обработке и изготовлении полуфабрикатов обладает низкой
стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам выдерживает
высокие температуры и агрессивное воздействие корро-зионноактивных сред.
Выбираем листовую сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72. Из листовой
стали изготовляются корпусы (обечайки) днища фланцы различные тарелки
трубные решетки и многие другие детали аппаратов.
Сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 содержит 015% углерода 18% хрома 10%
никеля и 15% титана. Рабочие условия: при температуре от -253 до +350 (С
и давление среды – неограничено [1 с. 19].
Выбор обечайки и днища аппарата. Циллиндрические обечайки являются
одним из основных элементов технологических аппаратов. Из одной или
нескольких обечаек образуется цилиндрический корпус аппарата. Они входят
составной частью в различные внутренние и наружные устройства аппаратов.
Обечайки большей частью изготовляются вальцовкой из листового проката
реже из сварных труб большого диаметра или поковок. Исполнительную
(принятую) толщину стенки вальцованных обечаек следует применять в пределах
—42 мм. Кромки обечаек образующие корпус аппарата соединяются между
собой преимущественно встык. Вальцованные обечайки должны иметь возможно
меньше сварных швов особенно продольных. Поэтому листы для изготовления
обечаек желательно выбирать больших размеров сообразуясь с рациональным
раскроем (малыми отходами). Обечайки могут вальцеваться как по длинной так
и по короткой стороне листа. Обечайки диаметром до 1000 мм должны
изготовлять не более чем с двумя продольными швами а диаметром свыше 1000
мм допускается изготовлять из нескольких листов максимально возможной
Днища так же как и обечайки являются одним из основных элементов
технологических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как
горизонтальных так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются
Форма днищ применяемая в отечественном аппаратостроении бывает
эллиптическая полусферическая в виде сферического сегмента коническая и
плоская. Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без
отбортовки а эллиптические — только с отбортовкой.
Наиболее распространенной формой днищ в сварных технологических
аппаратах особенно подведомственных Госгортехнадзору является
эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Эллиптические отбортованные
днища изготовляются горячей штамповкой из плоских круглых заготовок
состоящих из одной или нескольких частей сваренных междусобой встык.
Одним из ответственных узлов в аппаратах является соединение днищ с
корпусом. Соединение полушаровых отбортованных эллиптических конических и
плоских днищ с цилиндрическими обечайками производится только встык.
Таким образом выбираем циллиндрическую обечайку изготовленную
вальцовкой из листового проката и днище эллиптической формы с отбортовкой
Основные размеры расчет толщины обечайки и днища см. в разделе 3.7.
Выбор насадок. При выборе типа насадок для массообменных аппаратов
руководствуются рядом соображений:
во-первых конкретными условиями проведения процесса – нагрузками по
пару и жидкости различиями в физических свойствах систем наличием в
потоках жидкости и газа механических примесей поверхность контакта фаз в
единице объема аппарата и т.д.
во-вторых особыми требованиями к технологическому процессу –
необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне широкий
интервал изменения устойчивости работы малое время пребывания жидкости в
в-третьих особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание
единичного или серийно выпускаемого аппарата малой и большой единичной
мощности обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной
среды создание условий повышенной надежности и т.д.
В коксохимической промышленности особое значение при выборе насадки
имеют следующие факторы: малое гидравлическое сопротивление возможность
устойчивой работы при сильно изменяющихся нагрузках по газу возможность
быстро и дешево удалять с поверхности насадки отлагающийся шлам и т.д.
Таким требованиям отвечают широко используемые деревянная хордовая и
металлическая спиральные насадки.
В соответствии с вышеуказанными рекомендациями принимаем для выбранной
колонны насадки в виде колец Рашига из керамического материала. Насадку
укладываем в 2 слоя с высотой по 3000 мм. Расстояние между слоями насадки
будет 1215 мм. Схему укладки насадки выбираем внавал.
Выбор тарелок. Распределительную тарелку типа TCH-( устанавливают в
верхней части аппарата перераспределительную тарелку типа ТСН-( под
опорной решеткой для насадки (кроме нижней опорной решетки). Каждый ярус
насадки опирается на опорную решетку изготовляемую по ОСТу 26-02-601-72 и
По диаметру аппарата D = 1400 мм выбираем 2 перераспределительные
тарелки типа ТСН-II по ОСТ 26-705-73. (Дытнерский табл. с. 220):
DК = 1400 мм; свободное сечение колонны F = 1539 м2
D1 = 980 мм; D2 = 960 мм; h = 520 мм;
Жидкостной патрубок:
d = 45 мм; t = 80 мм; n = 110; свободное
рабочее сечение = 0754 м2;
сечение слива = 0144 м2;
количество отверстий для слива жидкости n = 6.
По диаметру аппарата D = 1400 мм выбираем распределительную
тарелку типа ТСН-III по ОСТ 26-705-73. (Дытнерский табл с. 221):
DК = 1400 мм; свободное сечение колонны: F = 1539 м2
D1 = 980 мм; D2 = 1060 мм; D3 = 260 мм;
d = 45 мм; t = 80 мм; n = 96; свободное
сечение слива = 01249 м2;
количество отверстий для слива жидкости n1 = 22.
Выбор решетки. Решетки под насадки из колец Рашига диаметром 35
мм керамические (I-1400-25 МН 4103-62):
DВ = 1400мм; D = 1354 мм; В = 388 мм; z =
t = 30 мм; s = 10 мм; масса 656 кг.
Выбор опор для решеток под насадки из колец Рашига.
DВ = 1400 мм; В = 80 мм; b = 50 мм;
h = 100 мм; s = 12 мм; s1 = 14 мм;
z = 12; z1 = 2; z2 = 1.
Выбор люка. Люки для осмотра чистки ремонта загрузки выгрузки
монтажа и демонтажа внутренних устройств применяются только в тех случаях
когда корпус аппарата выполняется цельносварным. Конструкция люков
представляет собой штуцера с фланцевыми крышками. Крышки вертикальных люков
с массой свыше 20 кг и горизонтальных массой свыше 40 кг должны иметь
устройства облегчающие их обслуживание.
Выбираем люк с параметрами:
РУ = 06 МПа; D = 500 мм; D1 = 720 мм; S = 8
Н = 220 мм; Н1 = 330 мм; h = 24 мм.
Укрепление отверстий в стенках аппарата. Различные отверстия в стенках
корпуса днища сварного аппарата для штуцеров и люков ослабляют стенки и
поэтому должны быть большей частью укреплены. Укрепление осуществляется
патрубком штуцера утолщением укрепляемой стенки и укрепляющим кольцом.
Наиболее рациональным и поэтому наиболее предпочтительным укреплением
является укрепление патрубком штуцера.
Укрепляющие кольца должны изготавливаться предпочтительно цельными
[допускается выполнять их из двух половин при этом сварной шов (со
сплошным проваром) должен быть расположен под углом 45 ° к продольной оси
аппарата если штуцер помещен на цилиндрическом корпусе]. Все укрепляющие
кольца а также накладные бобышки должны
иметь контрольные сквозные отверстия M10 расположенные в нижней части
кольца (бобышки) при рабочем положении аппарата для пневматического
испытания герметичности сварных швов избыточным давлением 06МПа.
Штуцера и фланцевые соединения. Присоединение трубной арматуры к
а также технологических трубопроводов для отвода различных жидких или
газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб
которые могут быть разъемными и неразъемными. По условиям
ремонтоспособности чаще применяются разъемные соединения (фланцевые
штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной
компоновке аппаратов в кожухе заполненном тепловой изоляцией где
длительное время не требуется осмотра соединений.
В технологических аппаратах для разъемного соединения составных
корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения
преимущественно круглой формы. На фланцах при-
соединяются к аппаратам трубы арматура и т.д. Фланцевые соединения должны
быть прочными жесткими герметичными и доступными для сборки разборки и
осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы для труб и трубной арматуры
и отдельно для аппаратов.
Соединения со свободными фланцами целесообразно применять для труб
работающих при высоких температурах и при требовании независимой
координации соединяемых частей по отверстиям для болтов и шпилек.
Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих
параметров аппарата: давление и температура.
Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой
патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованые заодно с
В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенные
и толстостенные что вызывается необходимостью укрепления отверстия в
стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.
Для колонного аппарата подбираем конструкцию штуцера с приварным
плоским фланцем и тонкостенным патрубком с характеристиками для жидкости и
по типу и исполнению – штуцера с фланцами стальными плоскими приварными с
соединительным выступом по ОСТ 26-1404-76 на условный диаметр DУ = 25-500
пределы применения: давление - 06 МПа; рабочая температура – от -70 до
Основные параметры и методика расчета штуцеров см. в разделе 3.7.
Опоры аппарата. Установка технологических аппаратов на фундаменты или
специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью
опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются лишь аппараты с плоским
днищем предназначенные главным образом для работы под наливом. В
зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных
аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.
Вертикальные аппараты обычно устанавливаются или на стойках когда их
размещают внизу помещения или на подвесных лапах когда аппарат размещают
между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях.
Аппараты с соотношением высоты к диаметру HD > 5 размещаемые на открытой
площадке устанавливают на так называемых юбочных (цилиндрических и
Горизонтальные аппараты независимо от их размещения (в помещении или на
открытой площадке) устанавливают на седловых опорах. Конструкция опор для
вертикальных аппаратов: тип 1 (лапы) служит для аппаратов без
теплоизоляции; тип 2 (лапы) — для аппаратов с теплоизоляцией; тип 3
(стойки) — для аппаратов с эллиптическими и коническими
днищами. В зависимости от толщины стенки корпуса аппарата лапы
привариваются или непосредственно к корпусу или к накладному листу.
Накладной лист приваривается к корпусу аппарата сплошным швом. Если опоры
выполнены из углеродистой стали а аппарат —из коррозионностойкой стали
накладные листы должны выполняться из стали той же марки что и корпус
аппарата. число опор определяется расчетом и конструктивными соображениями:
лап должно быть не менее двух стоек —не менее трех. Высота цилиндрических
опор Н1 должна быть не менее 600 мм и выбирается по условиям эксплуатации
аппарата. Материал деталей опор должен выбираться исходя из условий
эксплуатации и в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26-291—94.
Необходимое количество отверстий лазов (люков) их размеры
расположение и форма выбирается из условий эксплуатации и монтажа и должны
отвечать требованиям ОСТ 26-291—94. Для вентиляции внутренней полости опоры
в верней части должно быть предусмотрено не менее двух отверстий диаметром
не более 100 мм.При приварке опор к днищам сваренным из отдельных частей
в обечайках опор должны быть предусмотрены вырезы позволяющие иметь доступ
к сварным радиальным швам на днищах. В этом случае отверстия для вентиляции
не предусматриваются. Опорная обечайка должна быть проверена на прочность в
Принимаем цилиндрическую опору типа 1 (с местными косынками) по ОСТ 26-
7-78 с параметрами [Тимонин с. 604]:
D = 1400 мм; D1 = 1680 мм; D2 = 1300 мм;
s1 = 10 мм; s2 = 25 мм; s3 = 20 мм; zБ
d = 60 мм; d1 = 90 мм; d2 = 35 мм;
6. Гидравлический расчет
Величина гидравлического сопротивления колонных аппаратов
(ректификационных абсорбционных экстракционных) влияет на технологический
режим работы аппарата.
При расчете колонн определяют гидравлическое сопротивление аппарата
для того чтобы выбрать оптимальные скорости фазовых потоков обеспечивающих
эффективный массообмен. По гидравлическому сопротивлению колонны подбирают
вентилятор компрессор или насос для подачи газов и жидкостей
обеспечивающих скорость движения фаз.
Гидравлическое сопротивление насадки [pic] находят по уравнению:
[pic] [Дытнерский с. 201]
где U - плотность орошения [p
[pic] - гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки Па.
Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки рассчитывают по
уравнению [6 с. 236]:
где [pic] - коэффициент сопротивления сухой насадки зависящий от
режима движения газа в насадке
[pic]-скорость газа в свободном сечении мс.
Критерий Рейнольдса для газа:
Следовательно режим турбулентный (т.к. [pic] > 40).
Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в
виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению:
[pic] [Дытнерский с. 202]
Гидравлическое сопротивление сухой насадки равно:
Плотность орошения определим:
[pic] [Дытнерский с. 198]
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:
7. Механический расчет
Расчет днища. Расчетная толщина стенки днища определяется по формулам:
[pic] мм [Тимонин с. 466]
где R - радиус кривизны в вершине днища мм;
R = D - для эллиптических днищ с НД = 025 D;
R = D = 1400 мм и НД = 350 мм
[pic] определим по табл. 1222 [Тимонин с. 407]:
[pic]- коэффициент прочности сварных швов (стыковой шов)
[pic]= 735 мм рт. ст. = 981 ( 10 4Па – давление в аппарате [см.
[pic]= 154 МПа – допускаемое напряжение [Тимонин с. 440]
Действительная толщина стенки днища:
где с = 2 мм - прибавка на коррозию эрозию [Тимонин с. 440]
Т.к. толщина днища должна быть не менее толщины стенки сопрягаемой с
ним обечайки поэтому принимаем [pic]. Таким образом принимаем днище с
Днище 1400 - 10 ГОСТ 6533-78
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
Расчет штуцера. Средняя скорость движения среды определяется из
уравнения объемного расхода: [pic] мс
V — объемный расход м 3с;
Подставим в формулу средней скорости и выразим диаметр:
Скорости движения рабочих сред в патрубках штуцеров:
для насыщенного пара —30-20 мс; для перегретого пара — до 50 мс;
для жидкостей —15-3 мс; для конденсата греющего пара — 1-2 мс.
Произведем расчет диаметра штуцера для прохода пара:
[pic]- скорость пара на входе и выходе из штуцера.
Принимаем DУ = 500 мм
Параметры штуцера для прохода пара [Тимонин с. 520]:
РУ = 06 МПа; DУ = 500 мм; DФ = 640 мм;
d = 23 мм; dБ = М20 мм; h = 25 мм;
D1 = 570 мм; D4 = 530 мм; n = 16; sТ = 12 мм;
Штуцер 500-6-270-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76.
Произведем расчет диаметра штуцера для прохода жидкости:
[pic]- скорость жидкости на входе и выходе из штуцера.
Принимаем DУ = 80 мм
Параметры штуцера для прохода жидкости [Тимонин с. 520]:
РУ = 06 МПа; DУ = 80 мм; DФ = 185 мм;
d = 18 мм; dБ = М16 мм; h = 15 мм;
D1 = 128 мм; D4 = 89 мм; n = 4; sТ = 4 мм;
Штуцер 80-6-215-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76.
Курсовой проект по процессам и аппаратам химической технологии является
итоговой зачетной работой учащегося направленной на решение конкретных
задач по расчету конструированию и технико-экономическому обоснованию
химической машины или аппарата.
Курсовой проект характеризует степень усвоения учащимся предметов
предусмотренных учебным планом и позволяет проверить его подготовленность
к выполнению дипломного проекта и к самостоятельной работе в
В процессе курсового проектирования я преобрел:
) умение и навыки в области методики и техники расчетов аппаратов и машин
химической промышленности методики работы с периодической и справочной
литературой методики выбора наиболее эффективного аппарата для заданного
процесса и технико-экономического его обоснования;
) умение правильного графического изображения проектируемого аппарата с
соблюдением требований ЕСКД.
А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и
природоохранного оборудования: Справочник. Т. 1. — Калуга: Издательство
природоохранного оборудования: Справочник. Т. 2. — Калуга: Издательство
Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов СВ. Белов
А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. СВ. Белова. 4-е изд. испр. и доп.—
М.: Высш. шк. 2004.— 606 с: ил.
Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. Учебник для
техникумов. М. «Высш. школа» 1970. г. 352 с. с илл.
Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для
вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты.
М.: Химия 1995.-368 с: ил.
Каталог «Колонные аппараты». Составители Л.И. Коробчанская А.К.
Литварев А.Л. Марченко А.А. Коваленко (Укр НИИхиммаш); В.В. Маруков
В.С. Свеженцев и В.А. Шейнман (ВНИИнефтемаш).
Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету
«Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для
учащихся техникумов. — 2-е изд. перераб. и доп.— М.: Высш. школа 1980.
— 223 с ил. В пер.: 60 к.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры: Справочник. Л.: Машиностроение 1970. 752 с.
Маминов Мусташкин Аюпова. Выполнение графической части курсового
проекта . Типовые колонные аппараты. Руководство.
Основные процессы аппарата химической технологии: Пособие
по проектированию под редакцией Ю.И. Дытнерского. М.: Химия 1991. 496 с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия 1987. 576 с.
Поникаров И.И. Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств
и нефтегазопереработки: Учебник. — Изд. 2-е перераб. и доп. — М.: Альфа-
М 2006. - 608 с: ил.
Преображенский П.А. Методические указания по заполнению основных
надписей и составлению спецификаций при выполнении курсовых и дипломных
проектов. Казань. КХТИ
Сосуды и аппараты Ряды диаметров ГОСТ 9617-76.
Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных
устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев: Техника
ГОСТ 2.102-68 - ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов.
ГОСТ 2.301-68 - ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 2.302-68 - ЕСКД. Масштабы.
ГОСТ 2.104-68 - ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.303-68 - ЕСКД. Линии.
ГОСТ 2.305-68 - ЕСКД. Изображения - виды разрезы сечения.
ГОСТ 2.109-73 - ЕСКД. Основные требования к чертежам.
ГОСТ 2.120-73 - ЕСКД. Технический проект.
ГОСТ 2.793-79 - ЕСКД. Обозначения условные графические. Элементы и
устройства машин и аппаратов химических производств. Общие обозначения.
ГОСТ 2.201-80 - ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских документов.
ГОСТ 2.701-84 - ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
ГОСТ 2.001-93 - ЕСКД. Общие положения.
ГОСТ 2.106-96-ЕСКД. Текстовые документы.

ТЕХНО. СХЕМА для ПОЯСН. ЗАП..cdw

Технологическая схема

Аппарат.cdw

Технические требования
При изготовлении испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие
требования безопасности.";
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования.".
Материалы креплений и частей колонны соприкасающихся с раз-
деляемыми жидкостями или их парами из стали 12Х18Н10Т
ГОСТ 5949-75 остальные элементы колонны - из стали Ст. 3
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:
а) в горизонтальном положении - давлением 02 МПа;
б) в вертикальном положении - наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОН 26-01-71-68 "Сварка в химическом машиностроении". Сварку
произвести электродом марки АНО-5-45-2 по ГОСТ 9467-75.
Сварные швы в объёме 100% контролировать рентгенопросве-
Действительное расположение штуцеров и цапф см. на схеме.
Выход воды с ацетиленом

техн.схема.cdw

Технологическая схема
Холодильник смешения
Холодильник оросительный
Колонна ректификационная
Вентиль регулирующий
Условное обозначение
Вода оборотная (подача)
Вода оборотная (возврат)
Смесь ацетилена с водой

Спецификация (ПАХТ)Артем.doc

03 230212 00 7 Δ’500
05 230212 00 ? ?? 1
Сорокин Абсорбционная

ПЗ насад.абсорбер.doc

Федеральное агентство по образованию и науке
Казанский Государственный Технологический Университет
Механический факультет
Специальность 170500
Тема: Расчет насадочного абсорбера для поглощения
двуокиси серы из среды азота водой.
(. Литературный обзор по
1. Описание технологической
2. Сущность и роль проектируемого процесса в химико-технологических
3. Аппараты используемые для проведения проектируемого
3.3. Тарельчатые абсорберы
3.4. Насадочные абсорберы
4. Безопасность проектируемого
1. Пересчет состава фаз
2. Материальный баланс
3. Рабочие диаграммы
4. Расчет конструктивных размеров
Целью моего курсового проекта было рассчитать насадочный абсорбер с
кольцами Рашига для поглощения двуокиси серы из среды азота водой.
Вначале я произвела литературный обзор по проектируемой теме
абсорбция. Описала сущность проектируемого процесса привела примеры
аппаратов используемых для проведения процесса. Описала технологическую
схему процесса абсорбции.
Для начала расчета насадочного абсорбера в расчетной части я произвела
пересчет состава фаз составила материальный баланс. После составления
материального баланса построила рабочую диаграмму процесса. Затем
рассчитала скорость газа в колонне определила диаметр и высоту насадочной
части абсорбционной колонны. Я также произвела тепловой гидравлический и
механический расчеты для абсорбера.
В графической части на 1-ом листе я начертила технологическую схему
процесса абсорбции для поглощения двуокиси серы из среды азота водой. На 2-
ом листе я начертила насадочный абсорбер с кольцами Рашига в масштабе 1:20.
В конце чертежа я указала технические требования и техническую
характеристику условия эксплуатации показала таблицу штуцеров.
(. Литературный обзор по теме
1. Описание технологической схемы
Технологическая схема состоит из следующих аппаратов:
насадочного абсорбера с кольцами Рашига где происходит поглощение
двуокиси серы из среды азота водой;
ректификационной колонны;
Смесь двуокиси серы и азота по трубопроводу подается в нижнюю часть
насадочной абсорбционной колонны. В колонне смесь двуокиси серы и азота
контактирует со свежим абсорбентом (вода) подаваемым сверху колонны. В
результате снизу колонны уходит насыщенный абсорбент с извлекаемым
компонентом (двуокись серы) а сверху колонны уходит очищенный газ (азот).
Насыщенный абсорбент с помощью насоса подается в трубное пространство
конденсатора. В межтрубном пространстве движется газ десорбции где он
конденсируется и идет в холодильник на охлаждение оборотной водой. А
насыщенный абсорбент проходя через подогреватели поступает вверх
ректификационной колонны. В нижнюю часть колонны подается горячий
отпаривающий агент (пар). Отпаривающий агент испаряет из насыщенного
абсорбента извлекаемый компонент (двуокись серы). В результате газ
десорбции уходит сверху колонны в конденсатор. Снизу колонны отходит
регенерированный абсорбент который после охлождения в оросительном
холодильнике смешивается со свежим абсорбентом и подается с помощью насоса
вверх абсорбционной колонны. Процесс происходит многократно и непрерывно.
Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или
парогазовых смесей жидким поглотителем - абсорбентом. Если поглощаемый газ
- абсорбтив - химически не взаимодействует с абсорбентом то такую
абсорбцию называют физической (непоглощаемую составную часть газовой смеси
называют инертом или инертным газом). Если же абсорбтив образует с
абсорбентом химическое соединение то такой процесс называют хемосорбцией.
В технике часто встречается сочетание обоих видов абсорбции.
Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма
обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью
разделение газовых смесей на составляющие их компоненты очистка газов от
вредных примесей улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
Физическая абсорбция (или просто абсорбция) обычно обратима. На этом
свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из
раствора -десорбция. Десорбцию газа проводят отгонкой его в токе инертного
газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижения
давления над абсорбентом. Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно
регенерируют химическими методами или нагреванием.
Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно применять
поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде. Часто десорбцию
проводить не обязательно так как полученный в результате абсорбции раствор
является конечным продуктом пригодным для дальнейшего использования.
В промышленности абсорбцию применяют для решения следующих основных
для получения готового продукта (например абсорбция S03 в производстве
серной кислоты абсорбция НС1 с получением хлороводородной кислоты
абсорбция оксидов азота водой в производстве азотной кислоты и т. д.); при
этом абсорбцию проводят без десорбции;
для выделения ценных компонентов из газовых смесей (например абсорбция
бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или
пиролиза природного газа и т.д.); при этом абсорбцию проводят в сочетании с
для очистки газовых выбросов от вредных примесей (например очистка
топочных газов от S02 очистка от фтористых соединений газов выделяющихся
при производстве минеральных удобрений и т.д.). Очистку газов от вредных
примесей адсорбцией используют также применительно к технологическим газам
когда присутствие примесей недопустимо
для дальнейшей переработки газа (наример очистка коксового и нефтяного
газов от H2S очистка азотоводородной смеси для синтеза аммиака от С02 и СО
и т. д.). В этих случаях извлекаемые из газовых смесей компоненты обычно
используют поэтому их выделяют десорбцией;
) для осушки газов когда в абсорбционных процессах (абсорбция
десорбция) участвуют две фазы-жидкая и газовая-и происходит переход
вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или наоборот из жидкой
фазы в газовую (при десорбции) причем инертный газ и поглотитель являются
только носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах и в
этом смысле в массопереносе не участвуют.
3. Аппараты используемые для проведения проектируемого процесса
Аппараты в которых осуществляются абсорбционные процессы называют
абсорберами. Как и другие процессы массопередачи абсорбция протекает на
поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую
поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования
этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:
3.1. Пленочные абсорберы
В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность
жидкости текущей по твердой обычно вертикальной стенке. К этому виду
аппаратов относятся: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с
плоскопараллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим
движением пленки жидкости.
Трубчатый абсорбер. По устройству (рис. 1) он аналогичен кожухотрубчатому
теплообменнику. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку
распределяется по трубам 2 и стекает по их внутренней поверхности в виде
тонкой пленки. В абсорберах с большим числом труб для улучшения
распределения абсорбента по трубам применяют специальные распределительные
устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой
пленке. В случае необходимости отвода теплоты абсорбции в межтрубное
пространство абсорбера подают охлаждающий агент (обычно воду).
Рис. 1. Трубчатый пленочный абсорбер
Абсорбер с плоскопараллельной насадкой. Такой аппарат представлен на
рис. 2. Пакет листовой насадки 1 в виде вертикальных листов из различного
материала (металл пластические массы натянутая на каркас ткань и др.)
помещают в колонну (абсорбер). В верхней части абсорбера находятся
распределительные устройства 2 для обеспечения равномерного смачивания
листовой насадки с обеих сторон.
- пакеты листовой насадки;
- распределительное устройство.
Рис. 2. Пленочный абсорбер с плоскопараллельной (листовой) насадкой
3.2. Распыливающие абсорберы
В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается
распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы
подразделяют на следующие группы: 1) полые (форсуночные) распыливающие
абсорберы в которых жидкость распыляется на капли форсунками; 2)
скоростные прямоточные распыливающие абсорберы в которых распыление
жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока; 3)
механические распыливающие абсорберы в которых жидкость распыляется
вращающимися деталями.
Полые распыливающие абсорберы.
Рис. 4. Устройство полых распыливающих абсорберов:
а - вертикального с верхним распылом жидкости; б - вертикального с распылом
жидкости по высоте аппарата; в - горизонтального с перекрестным током;
-корпуса; 2-форсунки; 3-коллектор орошающей жидкости; 4-брызгоотбойник;
-газораспределительная решетка.
Полые распыливающие абсорберы (рис. 4) представляют собой полые
колонны. В этих абсорберах газ движется снизу вверх а жидкость подается
через расположенные в верхней части колонны 1 форсунки 2 с направлением
факела распыла обычно сверху вниз. Эффективность таких абсорберов невысока
что обусловлено перемешиванием газа по высоте колонны и плохим заполнением
ее сечения факелом распыленной жидкости. В результате объемный коэффициент
массопередачи и число единиц переноса в этих аппаратах невелики. Поэтому
распылительные форсунки в полых абсорберах часто устанавливают на
Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой устройства низкой
стоимостью малым гидравлическим сопротивлением их можно применять для
обработки сильно загрязненных газов.
К недостаткам полых распыливающих абсорберов помимо их низкой
эффективности относятся также низкие скорости газа (до 1 мс) во избежание
уноса неудовлетворительная их работа при малых плотностях орошения
достаточно высокий расход энергии на распыление жидкости. Распыливающие
полые абсорберы целесообразно применять для улавливания хорошо растворимых
Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы.
Рис. 5. Устройство бесфорсуночного абсорбера Вентури:
а - с эжекцией жидкости; б - с пленочным орошением; 1-конфузоры; 2-
-диффузоры; 4-сепараторы; 5-циркуляционная труба; 6-гидравлический затвор
Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы отличаются тем что в
случае прямотока процесс можно проводить при высоких скоростях газа (до 20-
мс и выше) причем вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в
сепарационном пространстве 4. К этому типу аппаратов относится абсорбер
Вентури (рис. 5) основной частью ко-
торого является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор 1 течет в
виде пленки и в горловине 2 распыляется газовым потоком. Затем жидкость
газовым потоком выносится в диффузор 3 в котором скорость газа снижается и
его кинетическая энергия переходит в энергию давления с минимальными
потерями. Отделение капель от газа происходит в сепараторе 4.
Механические распыливающие абсорберы.
Рис. 6. Распыливающие абсорберы:
а - с разбызгиванием жидкости валками лопастного типа; б - с
разбрызгиванием жидкости дисками; 1 -валы; 2-разбрызгиватели; 3-
В этих абсорберах разбрызгивание жидкости производится с помощью
вращающихся устройств т. е. с подводом внешней энергии для развития
поверхности фазового контакта. На рис. 6 представлен такой абсорбер в
котором разбрызгивание жидкости осуществляется с помощью лопастей (рис. 6
а) или дисков (рис. 6б) закрепленных на горизонтальных валах 1.
Разбрызгивающие элементы 2 устанавливают так что газ движется
перпендикулярно или параллельно осям их валов.
По сравнению с абсорберами других типов механические абсорберы более
компактны и эффективны но они значительно сложнее по конструкции и требуют
больших затрат энергии для проведения процесса.
Тарельчатые абсорберы обычно представляют собой вертикальные цилиндры-
колонны внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте
колонны размещаются горизонтальные перегородки - тарелки. Тарелки служат
для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз
(жидкость течет сверху вниз а газ проходит снизу вверх) и многократном
взаимодействии жидкости и газа.
Таким образом процесс массопереноса в тарельчатых колоннах
осуществляется в основном в газожидкостных системах создаваемых на
тарелках поэтому в таких аппаратах процесс проходит ступенчато.
На каждой тарелке в зависимости от ее конструкции можно поддерживать
тот или иной вид движения фаз обычно перекрестный ток или полное
перемешивание жидкости.
По способу слива жидкости с тарелки абсорберы этого типа подразделяют
на колонны с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных
Тарельчатые колонны со сливными устройствами. К аппаратам этого типа
относятся колонны с колпачковыми ситчатыми клапанными и другими
тарелками. Эти тарелки имеют специальные устройства для перетока жидкости с
одной тарелки на другую - сливные трубки карманы и др. Нижние концы
сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для
создания гидрозатвора предотвращающего прохождение газа через сливное
устройство (рис. 7 а).
Колпачковая тарелка.
Рис. 7. Устройство колонны и колпачковых тарелок с капсульными колпачками:
а - колонна с тарелками; б -две соседние тарелки; в - капсульный колпачок;
г - формы капсульных колпачков; 1-тарелки; 2-газовые (паровые) патрубки; 3-
круглые колпачки; 4-переточные перегородки (или трубы) с порогами; 5-
гидравлические затворы; 6-корпус колонны.
Жидкость подается на верхнюю тарелку движется вдоль тарелки от одного
сливного устройства к другому перетекает с тарелки на тарелку и удаляется
из нижней части абсорбера. Переливные устройства на тарелках располагают
таким образом чтобы жидкость на соседних по высоте аппарата тарелках
протекала во взаимопротивоположных направлениях. Газ поступает в нижнюю
часть абсорбера проходит через прорези колпачков (рис. 7в) и затем
попадает в слой жидкости на тарелке высота которого регулируется в
основном высотой сливного порога. При этом газ в жидкости распределяется в
виде пузырьков и струй образуя в ней слой пены в которой происходят
основные процессы массо- и теплопереноса. Эта пена нестабильна и при
подходе ее к сливному устройству жидкость осветляется. Пройдя через все
тарелки газ уходит из верхней части аппарата.
Отметим что колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных
изменениях нагрузок по газу и жидкости. Этот показатель очень важен при
организации процесса в производственных условиях. Но недостатки колпачковых
тарелок довольно существенны-они сложны по устройству для их изготовления
требуются большие затраты металла они отличаются большим гидравлическим
сопротивлением и малой предельно допустимой скоростью газа. Поэтому колонны
с колпачковыми тарелками вытесняются более эффективными конструкциями
тарельчатых аппаратов.
Рис. 8. Устройство колонны с ситчатыми переточными тарелками:
а - колонна с тарелками; б - две соседние тарелки; 1-тарелки; 2-переточные
перегородки или трубы с порогами; 3-гидравлические затворы; 4-корпус
Эти тарелки (рис. 8) имеют большое число отверстий диаметром 2-8 мм
через которые проходит газ в слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на
тарелке 1 поддерживается переливным устройством 2. При слишком малой
скорости газа его давление не может удержать слой жидкости соответствующий
высоте перелива и жидкость может просачиваться (или «проваливаться») через
отверстия тарелки на нижерасположенную тарелку что приводит к
существенному снижению движущей силы процесса абсорбции. Поэтому газ должен
двигаться с определенной скоростью и иметь давление достаточное для того
чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание
жидкости через отверстия тарелки.
К достоинствам ситчатых тарелок относятся простота их устройства
легкость монтажа и ремонта сравнительно низкое гидравлическое
сопротивление достаточно высокая эффективность. Однако эти тарелки
чувствительны к загрязнениям и осадкам которые забивают их отверстия.
Рис. 9. Устройство клапанных тарелок:
а - две соседние тарелки с круглыми клапанами; б - принцип работы клапана;
-тарелка; 2-клапан; 3-переточная перегородка с порогом; 4-гидравлический
затвор; 5-корпус колонны; 6-диск клапана; 7-ограничители подъема клапана; в
- круглые клапаны с верхним ограничителем () и с балластом (): 1-
-ограничитель; 3-балласт
Принцип действия этих тарелок (рис. 9 а) состоит в том что клапан 2
свободно лежащий над отверстием в тарелке 1 с изменением расхода газа
увеличивает подъем и соответственно площадь зазора между клапаном и
плоскостью тарелки для прохода газа. Поэтому скорость газа в этом зазоре а
значит и во входе в слой жидкости на тарелке остается приблизительно
постоянной что обеспечивает неизменно эффективную работу
тарелки. Гидравлическое сопротивление тарелки при этом увеличивается
незначительно. Высота подъема клапана определяется высотой ограничителя 7
(рис. 9б) и обычно не превышает 6-8 мм. Диаметр отверстий под клапаном
составляет 35-40 мм а диаметр самого клапана 45-50 мм.
К достоинствам клапанных тарелок следует отнести прежде всего их
гидродинамическую устойчивость и высокую эффективность в широком интервале
изменения нагрузок по газу. К недостаткам этих тарелок относятся их
повышенное гидравлическое сопротивление обусловленное весом клапана и
усложненная конструкция тарелки.
Пластинчатые тарелки.
-гидравлическийзатвор;
-переливная перегородка;
Рис. 10. Устройство пластинчатых тарелок
Эти тарелки работают при однонаправленном движении фаз (рис. 10). На
пластинчатой тарелке жидкость движение которой показано на рисунке
сплошными стрелками поступает с вышележащей тарелки в гидравлический
затвор 1 и через переливную перегородку 2 попадает на тарелку 3 состоящую
из ряда наклонных пластин 4. Дойдя до первой щели образованной
наклонными пластинами жидкость встречается с газом (пунктирные стрелки)
который с большой скоростью (20-30 мс) проходит сквозь щели. При этом
происходит частичное диспергирование жидкости газовым потоком и
отбрасывание ее к следующей щели где процесс взаимодействия фаз
повторяется. Поэтому на такой тарелке жидкость с большой скоростью в
основном в виде капель движется от переливной перегородки 2 к сливному
карману 5. На пластинчатых тарелках нет необходимости в установке
переливного порога у кармана 5 что уменьшает их гидравлическое
К достоинствам пластинчатых тарелок относятся достаточно низкое
гидравлическое сопротивление большие допустимые нагрузки по жидкости и
газу небольшой расход материала на их изготовление. Недостатками
пластинчатых тарелок являются сложность подвода и отвода теплоты невысокая
эффективность при низких нагрузках по жидкости и др.
Колонны с тарелками без сливных устройств.
Рис. 11. Устройство колонны и провальных тарелок:
а - колонна с провальными тарелками; б-две соседние дырчатые провальные
тарелки (1-колонна; 2-тарелки)
В тарелке без сливных устройств (рис. 11) газ и жидкость проходят
через одни и те же отверстия или щели. При этом одновременно с
взаимодействием фаз на тарелке происходит сток жидкости на
нижерасположенную тарелку - «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого
типа часто называют провальными.
Рис. 3. Насадочные абсорберы:
а - со сплошным слоем насадки; б - с секционной загрузкой насадки: 1-
корпуса; 2-распределители жидкости; 3-насадка; 4-опорные решетки; 5 -
перераспределитель жидкости; 6-гидравлические затворы; в - эмульгационная
насадочная колонна: 1-насадка; 2-сетка фиксирующая насадку; 3-
гидравлический затвор; 4-опорная решетка; 5 -распределитель газа.
Насадочные абсорберы получили наибольшее применение в промышленности.
Эти абсорберы представляют собой колонны заполненные насадкой-твердыми
телами различной формы. В насадочной колонне 1 (рис. 3аб) насадка 3
укладывается на опорные решетки 4 имеющие отверстия или щели для
прохождения газа и стока жидкости которая достаточно равномерно орошает
насадку 3 с помощью распределителя 2 и стекает по поверхности насадочных
тел в виде тонкой пленки вниз. Однако равномерного распределения жидкости
по всей высоте насадки по сечению колонны обычно не достигается что
объясняется пристеночным эффектом. Вследствие этого жидкость имеет
тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому
часто насадку в колонну загружают секциями высотой в четыре-пять диаметров
(но не более 3-4 метров в каждой секции) а между секциями (слоями насадки)
устанавливают перераспределители жидкости 5 (рис. 3б) назначение которых
состоит в направлении жидкости от периферии колонны к ее оси. Жидкость в
насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки поэтому
поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность
насадки. Однако при перетекании жидкости с одного элемента насадки на
другой пленка жидкости разрушается и на
нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости
проходит на расположенные ниже слои насадки в виде струек капель и брызг.
Часть поверхности насадки в основном в местах соприкосновения насадочных
элементов друг с другом бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.
В этом состоит основная особенность течения жидкости в насадочных колоннах
в отличие от пленочных в которых пленочное течение жидкости происходит по
всей высоте аппарата.
4 Безопасность эксплуатации проектируемого аппарата.
В химической промышленности применяют различное по назначению
устройству и особенностям эксплуатации оборудование (насосы
ректификационные колонны абсорберы сепараторы центрифуги адсорберы
смесители разного типа и т.д.).
Наряду с основными эргономическими и техническими требованиями к их
в технической документации на каждый вид оборудования должны быть
разработаны и изложены меры безопасности при его эксплуатации особенно
надежности и долговечности.
К оборудованию применяют требования связанные с удобством его
обслуживания. Требования к оборудованию содержат:
нормы на безопасность при его монтаже
(демонтаже) эксплуатации ремонте
транспортировании и хранении;
меры взрыво- и пожарозащиты
электробезопасности.
В них предусматривается также необходимость устройства газо- паро-
пневмо- гидро- и других систем; средств торможения регулирования
остановки; предохранительных устройств; средств защиты оборудования и т.д.;
Безотказность оборудования. Оборудование должно быть безотказным т.к.
отказ может привести к аварии или взрыву.
Различают три характерные группы отказов присущих любому аппарату или
системе: приработочные внезапные и износовые (постепенно).
Приработочные отказы – результат дефекта элементов и ошибок допущенных
при сборке и монтаже.
По окончании приработки – наступает период нормальной эксплуатации
который составляет несколько тысяч часов. Для него характерны внезапные
(случайные) отказы которые подчиняются экспоненциальному закону
распределения и не зависят от продолжительности эксплуатации элементов
оборудования. Интенсивность отказов в этот период минимальна уровень ее
постоянен а вероятность безотказной работы одинакова для любых равных
отрезков времени в течение этого периода.
Возникновение износовых отказов зависит от сроков службы элемента.
Интенсивность таких отказов для равных промежутков времени в период износа
непостоянна. Она повышается при увеличении срока эксплуатации и приближении
его к среднему сроку службы оборудования. Для предотвращения износовых
отказов применяют профилактическую замену элементов до наступления периода
Основная задача связанная с повышением безопасности оборудования
заключается в регулируемом снижении и создании условий для сравнительно
легкого и быстрого устранения минимального числа внезапных отказов.
Долговечность оборудования. Оборудование может быть ремонтируемым и
неремонтируемым. Ремонтируемым считается оборудование работоспособность
которого в случае отказа можно восстановить в данных условиях эксплуатации
подручными средствами; неремонтируемым – оборудование работоспособность
которого в случае отказа не подлежит или не поддается восстановлению в
данных условиях эксплуатации. В случае неремонтируемого оборудования при
наступлении первого его отказа нарушается безотказность и исчерпывается
Надежность оборудования. Надежность оборудования учитывают при
проектировании и поддерживают в условиях эксплуатации.
При проектировании оборудования применительно к условиям эксплуатации
выбирают конструкцию оптимальных форм и размеров требуемой механической
прочности и герметичности выполненную по возможности из стандартизованных
и унифицированных узлов и деталей. Важное значение имеет правильный выбор
конструкционных материалов с учетом общих и специальных условий
эксплуатации оборудования: давления температуры агрессивного воздействия
При эксплуатации надежность оборудования поддерживается строгим
соблюдением заданных параметров рабочего режима качественным обслуживанием
и необходимой профилактикой.
Удобство и безопасность обслуживания оборудования достигаются при его
автоматизации и дистанционном управлении. Важное значение имеет устранение
шума и вибрации работающих машин и аппаратов возможность поагрегатного
ремонта и чистки оборудования. К частям аппаратов должен быть удобный
доступ. Аппараты работающие под давлением или имеющие сложное внутреннее
устройство необходимо осматривать изнутри для чего их снабжают люками-
лазами а при малых размерах делают разъемными.
Мешалки перегородки тарелки змеевики и другие внутренние устройства
должны быть съемными чтобы не мешать внутреннему осмотру аппарата. Когда
доступ в аппарат затруднен или невозможен его оборудуют специальными
лючками смотровыми окнами.
При выборе аппаратуры для установке на открытой площадке желательно
применять цельносварные конструкции с минимальным числом разъемов и
отдельных частей аппаратов: царг блоков и др. Конструкция внутренних
устройств должна быть разборной с размерами деталей (частей)
обеспечивающими монтаж через люки. Число лазов и люков определяется
удобством работы числом и высотой обслуживающих площадок но при всех
условиях должно быть минимальным.
Аппараты работающие под давлением – и это как правило герметически
емкости предназначенные для ведения химических и тепловых процессов
хранения и перевозки сжатых сжиженных и растворенных газов а также
жидкостей под давлением. Основная опасность при работе таких аппаратов –
возможность их разрушения при физическом взрыве среды.
1. Пересчет состава фаз
В мольные доли: [pic] [11 с.283]
[pic]- объемная массовая концентрация компонента А в газовой фазе
[pic]=[pic] [11 с.13]
[pic] [pic]- плотности компонентов газовой смеси кгм 3.
[pic]-атмосферное давление мм. рт. ст.
Компонент А – диоксид серы (SO2): [pic]= 641 кгкмоль.
Компонент В – азот (N2): [pic]= 28 кгкмоль.
[pic]=[pic]=135 кгм 3
В массовые доли: [pic] [11 с.283]
где [pic]- массовая доля компонента А в газовой фазе кгАкг(А+В)
В относительные мольные концентрации: [pic] [11 с.283]
где [pic]- относительная мольная концентрация компонента в газовой фазе
В относительные массовые концентрации: [pic] [11 с.283]
где [pic]- относительная массовая концентрация компонента в газовой фазе
В объемные мольные концентрации: [pic] [11 с.283]
где [pic]- объемная мольная концентрация компонента в газовой фазе кгАм
2. Материальный баланс аппарата
[pic]- концентрации поглощаемого компонента в газе на входе
и на выходе абсорбера кгкг инертного газа;
[pic]- концентрации поглощаемого компонента в жидком на выходе и на
абсорбера кгкг жидкого поглотителя.
По уравнению материального баланса определим:
[pic]- теоретически минимальный расход поглотителя кгс
где [pic]- равновесная концентрация компонента в жидкой фазе на входе в
[pic]- относительная массовая концентрация компонента в жидкой фазе на
Рассмотрим уравнение равновесной линии:
[pic]-мольная доля компонента в жидкости.
Из уравнения равновесной линии определим: [pic]
Т.к. х2 = 0 то: [pic]кгс
3. Рабочие диаграммы процесса
4. Расчет конструктивных размеров аппарата
Определение диаметра насадочного абсорбера:
[pic]скорость газа отнесенная к полному поперечному сечению колонны
[pic]Определим скорость газа.. Сначала рассчитаем фиктивную скорость
газа [pic] в точке захлебывания:
[pic][pic]для насадки из колец и спиралей.
Затем определим рабочую скорость газа принимая для абсорбера работающего
в пленочном режиме [pic] [11 с.292]
где [pic]- рабочая скорость газа мс.
[pic] [11 с.33] [pic]
[pic]. Установим 2 колонны.
Принимаем [pic] [13 с.3].
Произведем перерасчет диаметра колонны.
Пересчитаем скорость пара в колонне: [pic].
Определение высоты насадочной абсорбционной колонны:
[pic]- коэффициент смоченности насадки.
[pic]- общее число единиц переноса.
где [pic]- средний коэффициент массопередачи [pic].
[pic]и [pic]- фазовые коэффициенты массоотдачи мс.
где [pic]- средняя движущая сила.
где [pic]- равновесная относительная массовая концентрация кгкг.
[pic] тогда [pic] [11 с.291]
[pic]- диффузионный критерий Прандтля в газовой фазе.
где [pic]- динамический коэффициент вязкости газовой фазы Па с.
где [pic]- коэффициент динамической вязкости связанный с изменением
[pic]- постоянная Сатерленда.
где [pic]- мольная масса смеси газов кгкмоль.
где [pic]- коэффициент диффузии поглощаемого компонента в газе [pic].
где [pic]- эквивалентный диаметр м.
[pic]- диффузионный критерий Прандтля в жидкой фазе.
где [pic]- коэффициент диффузии воды [pic].
где [pic] и [pic]- мольные объемы растворенного вещества и растворителя
[pic]и [pic]- коэффициенты зависящие от свойств растворенного вещества
где [pic]- приведенная толщина жидкой пленки м.
[pic][pic][pic][pic]
5. Компановка аппарата
Выбор типа корпуса для колонного аппарата. Колонные аппараты предназначены
для проведения процессов тепло- и массообмена (ректификация дистилляция
абсорбция десорбция) в химической нефтехимической нефтеперерабатывающей
и других отраслях промышленности.
Колонные аппараты изготовляют диаметром корпуса 400-4000 мм в царговом
исполнении на давление до 16 МПа в цельносварном исполнении на давление
до 40 МПа под атмосферном или под вакуумом с остаточным давлением не
Колонные аппараты изготовляют с тарелками различных типов: колпачками
типов ТСК-1 ТСК-Р и ТСК-[p ситчатыми тарелками типов ТС ТС-Р и ТС-
клапанная типов ТСЖК и ТСЖК-2; решетчатыми типа ТС-Р; клапанными
прямоточными типа ТКП; также с насыпной керамической и металлической
Тарелки типов ТСК-1 ТСК-Р и ТСК-[pic] с капсульными колпачками
применяют в процессах происходящих при избыточном и атмосферном давлениях
а также при неглубоком вакууме с нестабильными нагрузками по газу и
жидкости.. Диапазон устойчивой работы колпачковых тарелок 45.
Тарелки типа ТС-Р с решетчатыми полотнами применяют в проиессах со
стабильными нагрузками по пару и жидкости при переработке суспензий
жидкостей склонных к выделению осадков и полимеризующихся жидкостей.
Колонные аппараты с насыпной керамической насадкой применяют при малой
производительности а также большой удельной нагрузке по жидкости.
Клапанные прямоточные тарелки типа ТКП применяют в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности при атмосферном или
повышенном давлении изменяющихся нагрузках по пару и жидкости а также при
повышенных требованиях к качеству и четкости разделения смеси.
Ситчатые тарелки типа ТСО с отбойными элементами применяют в процессах
происходящих под вакуумом или при избыточном давлении (до 6 МПа) при
постоянных нагрузках по жидкости и пару в нефтеперерабатывающей и других
смежных отраслях промышленности.
Колонные аппараты диаметром 1000-4000 мм изготовляют в цельносварном
исполнении с колпачковыми однопоточными тарелками типа ТСК-Р с ситчатыми
однопоточными тарелками типа ТС-Р и ТС-Р2 с жалюзийно-клапанными тарелками
типа ТСЖК (1 и 2) с клапанными (прямоточными) тарелками диаметром 1400-
00 мм с двухпоточными колпачковыми тарелками типа ТСК-[pic]и с
двухпоточными ситчатыми тарелками типа ТС-[pic].
Колонные аппараты диаметром 1000-2800 мм с насыпной насадкой
изготовляют с цельносварным корпусом со съемной крышкой. Для равномерного
распределения жидкости по поверхности насадки аппараты оснащены
распределительными тарелками типа ТСН-( и перераспределительными тарелками
Распределительную тарелку типа TCH-( устанавливают в верхней части
аппарата перераспределительную тарелку типа ТСН-( под опорной решеткой для
насадки (кроме нижней опорной решетки). Каждый ярус насадки опирается на
опорную решетку изготовляемую по ОСТу 26-02-601-72 и ОСТу 26-02-602-72.
Колонные аппараты с цельносварным корпусом оснащены (кроме указанных
сборочных единиц для колонных аппаратов в царговом исполнении) цапфами: по
ГОСТу 137716-73 при грузоподъемности 05-32 т; по ГОСТу 14114-69 – ГОСТу
116-69 при грузоподъемности 32-320 т; штырем накладками и кранами –
укосинами по стандартам завода-изготовителя. Колонные аппараты с насыпными
насадками оснащены насадками общего применения:
Кислотоупорными насадочными керамическими кольцами (кольца Рашига) по
ГОСТу 17612-72; керамическими седлами "Инталокс" по TУ 21 УССР 934-75.
Колонные аппараты диаметром 1200-4000 мм изготовляет в цельносварном
исполнении с клапанными прямоточными одно- и двухпоточными тарелками типа
ТКП или с ситчатыми одно- и двухпоточными тарелками типа ТСО с отбойными
Все тарелки - аналогичной конетрукции.
Основания тарелок разборные состоят из съемных балок и секций
контактными элементами: колпачками жалюзийно-клапанными элементами
перфорацией и клапанами. Опорная рама тарелки и лист сливного кармана
приварены к корпусу аппарата.
На листе сливного кармана расположена планка которая перемещаясь в
вертикальном направлении регулирует высоту для слоя жидкости на тарелке.
Необходимую высоту сливной планки заказчик выбирает по технической
характеристике тарелок типов ТСК-Р ТС-Р и TС-P2 ТСЖК ТСК-[pic] ТС
На корпусе цельносварного аппарата предусмотрены люки для обслуживания
тарелок. Люки рекомендуется располагать через каждые 5-10 тарелок.
Расположение люков должно быть указано в опросном листе в зависимости от
условий работы колонны (необходимость чистки тарелок и др.).
Люки на корпусе аппарата должны быть расположены через один с
диаметрально противоположенных сторон корпуса. Люки изготовляют по ОСТу 26-
00-77 - ОСТу 26-2015-77.
Для колонн диаметром 1000-1600 мм диаметр люка между тарелками в месте
установки люка 500 мм расстояние между тарелками в месте установки люка
0 мм; для колонн диаметром свыше 1600 мм расстояние между тарелками в
месте установки люка 800-1000 мм. Для обслуживания тарелок типов ТКП и ТСО
- диаметр люка 450 или 500 мм.
В цельносварных колонных аппаратах диаметром свыше 1000 мм на корпусе
аппарата допускается фланцевые разъемы в соответствии с рекомендациями ОСТа
Минимальная толщина стенки корпуса колонного аппарата в зависимости от
диаметра аппарата при диаметре 1000-1800 мм толщина корпуса равна 10 мм;
для 2000-2600 мм будет равна 12 мм и т.д.
Я приняла решение выбрать колонный цельносварной аппарат диаметром 2600
мм с насыпной насадкой.
Параметры моей колонны.
Тип насадки – насыпная: 3 слоя по 3000 мм.
Расстояние между слоями насадок [pic].
Тип тарелок – распределительная ТСН-III перераспределительные ТСН-II.
Диаметр люка составляет 600 мм.
Толщина стенки корпуса для диаметра D = 2600 мм составляет [pic].
Выбор материала аппарата. Сталь является наиболее распространенным
конструкционным материалом при изготовлении технологического и
природоохранного оборудования. Она обладает хорошей прочностью весьма
технологична при обработке и изготовлении полуфабрикатов обладает низкой
стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам выдерживает
высокие температуры и агрессивное воздействие корро-зионноактивных сред.
Выбираем листовую сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72. Из листовой
стали изготовляются корпусы (обечайки) днища фланцы различные тарелки
трубные решетки и многие другие детали аппаратов.
Сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 содержит 015% углерода 18% хрома 10%
никеля и 15% титана. Рабочие условия: при температуре от -253 до +350 (С
и давление среды – неограничено [1 с. 19].
Выбор обечайки и днища аппарата. Циллиндрические обечайки являются
одним из основных элементов технологических аппаратов. Из одной или
нескольких обечаек образуется цилиндрический корпус аппарата. Они входят
составной частью в различные внутренние и наружные устройства аппаратов.
Обечайки большей частью изготовляются вальцовкой из листового проката
реже из сварных труб большого диаметра или поковок. Исполнительную
(принятую) толщину стенки вальцованных обечаек следует применять в пределах
—42 мм. Кромки обечаек образующие корпус аппарата соединяются между
собой преимущественно встык. Вальцованные обечайки должны иметь возможно
меньше сварных швов особенно продольных. Поэтому листы для изготовления
обечаек желательно выбирать больших размеров сообразуясь с рациональным
раскроем (малыми отходами). Обечайки могут вальцеваться как по длинной так
и по короткой стороне листа. Обечайки диаметром до 1000 мм должны
изготовлять не более чем с двумя продольными швами а диаметром свыше 1000
мм допускается изготовлять из нескольких листов максимально возможной
Днища так же как и обечайки являются одним из основных элементов
технологических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как
горизонтальных так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются
Форма днищ применяемая в отечественном аппаратостроении бывает
эллиптическая полусферическая в виде сферического сегмента коническая и
плоская. Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без
отбортовки а эллиптические — только с отбортовкой.
Наиболее распространенной формой днищ в сварных технологических
аппаратах особенно подведомственных Госгортехнадзору является
эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Эллиптические отбортованные
днища изготовляются горячей штамповкой из плоских круглых заготовок
состоящих из одной или нескольких частей сваренных междусобой встык.
Одним из ответственных узлов в аппаратах является соединение днищ с
корпусом. Соединение полушаровых отбортованных эллиптических конических и
плоских днищ с цилиндрическими обечайками производится только встык.
Таким образом выбираем циллиндрическую обечайку изготовленную
вальцовкой из листового проката и днище эллиптической формы с отбортовкой
Основные размеры расчет толщины обечайки и днища см. в разделе 3.7.
Выбор насадок. При выборе типа насадок для массообменных аппаратов
руководствуются рядом соображений:
во-первых конкретными условиями проведения процесса – нагрузками по
пару и жидкости различиями в физических свойствах систем наличием в
потоках жидкости и газа механических примесей поверхность контакта фаз в
единице объема аппарата и т.д.
во-вторых особыми требованиями к технологическому процессу –
необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне широкий
интервал изменения устойчивости работы малое время пребывания жидкости в
в-третьих особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание
единичного или серийно выпускаемого аппарата малой и большой единичной
мощности обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной
среды создание условий повышенной надежности и т.д.
В коксохимической промышленности особое значение при выборе насадки
имеют следующие факторы: малое гидравлическое сопротивление возможность
устойчивой работы при сильно изменяющихся нагрузках по газу возможность
быстро и дешево удалять с поверхности насадки отлагающийся шлам и т.д.
Таким требованиям отвечают широко используемые деревянная хордовая и
металлическая спиральные насадки.
В соответствии с вышеуказанными рекомендациями принимаем для выбранной
колонны насадки в виде колец Рашига из керамического материала. Насадку
укладываем в 3 слоя с высотой по 3000 мм. Расстояние между слоями насадки
будет 1580 мм. Схему укладки насадки выбираем внавал.
Выбор тарелок. Распределительную тарелку типа TCH-( устанавливают в
верхней части аппарата перераспределительную тарелку типа ТСН-( под
опорной решеткой для насадки (кроме нижней опорной решетки). Каждый ярус
насадки опирается на опорную решетку изготовляемую по ОСТу 26-02-601-72 и
По диаметру аппарата D = 2600 мм выбираем 2 перераспределительные
тарелки типа ТСН-II по ОСТ 26-705-73. (11 табл. 22.9 с. 651):
DК = 2600 мм; свободное сечение колонны F = 5.309 м2
D1 = 1770 мм; D2 = 1750 мм; h = 900 мм;
Жидкостной патрубок:
d = 57 мм; t = 95 мм; n = 276; свободное
сечение = 0.0022 м2;
рабочее сечение = 2.461 м2;
сечение слива = 0.6073 м2;
количество отверстий для слива жидкости n = 8.
По диаметру аппарата D = 2600 мм выбираем распределительную
тарелку типа ТСН-III по ОСТ 26-705-73. (11 табл. 22.10 с. 652):
DК = 2600 мм; свободное сечение колонны: F = 5.309 м2
D1 = 1770 мм; D2 = 1850 мм; D3 = 400 мм;
d = 57 мм; t = 95 мм; n = 254; свободное
сечение слива = 0.558 м2;
количество отверстий для слива жидкости n1 = 38.
Выбор решетки. Решетки под насадки из колец Рашига диаметром 50
мм керамические (I-2600-25 МН 4103-62):
DВ = 2600 мм; D = 2554 мм; В = 388 мм; z =
t = 30 мм; s = 10 мм; масса 956 кг.
Выбор опор для решеток под насадки из колец Рашига.
DВ = 2600 мм; В = 80 мм; b = 50 мм;
h = 100 мм; s = 12 мм; s1 = 14 мм;
z = 12; z1 = 2; z2 = 1.
Выбор люка. Люки для осмотра чистки ремонта загрузки выгрузки
монтажа и демонтажа внутренних устройств применяются только в тех случаях
когда корпус аппарата выполняется цельносварным. Конструкция люков
представляет собой штуцера с фланцевыми крышками. Крышки вертикальных люков
с массой свыше 20 кг и горизонтальных массой свыше 40 кг должны иметь
устройства облегчающие их обслуживание.
Выбираем люк с параметрами:
РУ = 06 МПа; D = 600 мм; D1 = 720 мм; S = 8
Н = 220 мм; Н1 = 330 мм; h = 24 мм.
Укрепление отверстий в стенках аппарата. Различные отверстия в стенках
корпуса днища сварного аппарата для штуцеров и люков ослабляют стенки и
поэтому должны быть большей частью укреплены. Укрепление осуществляется
патрубком штуцера утолщением укрепляемой стенки и укрепляющим кольцом.
Наиболее рациональным и поэтому наиболее предпочтительным укреплением
является укрепление патрубком штуцера.
Укрепляющие кольца должны изготавливаться предпочтительно цельными
[допускается выполнять их из двух половин при этом сварной шов (со
сплошным проваром) должен быть расположен под углом 45 ° к продольной оси
аппарата если штуцер помещен на цилиндрическом корпусе]. Все укрепляющие
кольца а также накладные бобышки должны
иметь контрольные сквозные отверстия M10 расположенные в нижней части
кольца (бобышки) при рабочем положении аппарата для пневматического
испытания герметичности сварных швов избыточным давлением 06МПа.
Штуцера и фланцевые соединения. Присоединение трубной арматуры к
а также технологических трубопроводов для отвода различных жидких или
газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб
которые могут быть разъемными и неразъемными. По условиям
ремонтоспособности чаще применяются разъемные соединения (фланцевые
штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной
компоновке аппаратов в кожухе заполненном тепловой изоляцией где
длительное время не требуется осмотра соединений.
В технологических аппаратах для разъемного соединения составных
корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения
преимущественно круглой формы. На фланцах при-
соединяются к аппаратам трубы арматура и т.д. Фланцевые соединения должны
быть прочными жесткими герметичными и доступными для сборки разборки и
осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы для труб и трубной арматуры
и отдельно для аппаратов.
Соединения со свободными фланцами целесообразно применять для труб
работающих при высоких температурах и при требовании независимой
координации соединяемых частей по отверстиям для болтов и шпилек.
Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих
параметров аппарата: давление и температура.
Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой
патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованые заодно с
В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенные
и толстостенные что вызывается необходимостью укрепления отверстия в
стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.
Для колонного аппарата подбираем конструкцию штуцера с приварным
плоским фланцем и тонкостенным патрубком с характеристиками для жидкости и
по типу и исполнению – штуцера с фланцами стальными плоскими приварными с
соединительным выступом по ОСТ 26-1404-76 на условный диаметр DУ = 25-500
пределы применения: давление - 06 МПа; рабочая температура – от -70 до
Основные параметры и методика расчета штуцеров см. в разделе 3.7.
Опоры аппарата. Установка технологических аппаратов на фундаменты или
специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью
опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются лишь аппараты с плоским
днищем предназначенные главным образом для работы под наливом. В
зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных
аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.
Вертикальные аппараты обычно устанавливаются или на стойках когда их
размещают внизу помещения или на подвесных лапах когда аппарат размещают
между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях.
Аппараты с соотношением высоты к диаметру HD > 5 размещаемые на открытой
площадке устанавливают на так называемых юбочных (цилиндрических и
Горизонтальные аппараты независимо от их размещения (в помещении или на
открытой площадке) устанавливают на седловых опорах. Конструкция опор для
вертикальных аппаратов: тип 1 (лапы) служит для аппаратов без
теплоизоляции; тип 2 (лапы) — для аппаратов с теплоизоляцией; тип 3
(стойки) — для аппаратов с эллиптическими и коническими
днищами. В зависимости от толщины стенки корпуса аппарата лапы
привариваются или непосредственно к корпусу или к накладному листу.
Накладной лист приваривается к корпусу аппарата сплошным швом. Если опоры
выполнены из углеродистой стали а аппарат —из коррозионностойкой стали
накладные листы должны выполняться из стали той же марки что и корпус
аппарата. число опор определяется расчетом и конструктивными соображениями:
лап должно быть не менее двух стоек —не менее трех. Высота цилиндрических
опор Н1 должна быть не менее 600 мм и выбирается по условиям эксплуатации
аппарата. Материал деталей опор должен выбираться исходя из условий
эксплуатации и в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26-291—94.
Необходимое количество отверстий лазов (люков) их размеры
расположение и форма выбирается из условий эксплуатации и монтажа и должны
отвечать требованиям ОСТ 26-291—94. Для вентиляции внутренней полости опоры
в верней части должно быть предусмотрено не менее двух отверстий диаметром
не более 100 мм.При приварке опор к днищам сваренным из отдельных частей
в обечайках опор должны быть предусмотрены вырезы позволяющие иметь доступ
к сварным радиальным швам на днищах. В этом случае отверстия для вентиляции
не предусматриваются. Опорная обечайка должна быть проверена на прочность в
Принимаем цилиндрическую опору типа 1 (с местными косынками) по ОСТ 26-
7-78 с параметрами [1 с. 604]:
D = 2600 мм; D1 = 2920 мм; D2 = 2450 мм;
s1 = 8 мм; s2 = 20 мм; s3 = 16 мм; zБ
d = 70 мм; d1 = 100 мм; d2 = 35 мм;
6. Гидравлический расчет
Величина гидравлического сопротивления колонных аппаратов
(ректификационных абсорбционных экстракционных) влияет на технологический
режим работы аппарата.
При расчете колонн определяют гидравлическое сопротивление аппарата
для того чтобы выбрать оптимальные скорости фазовых потоков обеспечивающих
эффективный массообмен. По гидравлическому сопротивлению колонны подбирают
вентилятор компрессор или насос для подачи газов и жидкостей
обеспечивающих скорость движения фаз.
Гидравлическое сопротивление насадки [pic] находят по уравнению:
где U - плотность орошения [p
[pic] - гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки Па.
Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки рассчитывают по
уравнению [6 с. 236]:
где [pic] - коэффициент сопротивления сухой насадки зависящий от
режима движения газа в насадке
[pic]-скорость газа в свободном сечении мс.
Критерий Рейнольдса для газа:
Следовательно режим турбулентный (т.к. [pic] > 40).
Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в
виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению:
Гидравлическое сопротивление сухой насадки равно:
Плотность орошения определим:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:
7. Механический расчет
Расчет днища. Расчетная толщина стенки днища определяется по формулам:
где R - радиус кривизны в вершине днища мм;
R = D - для эллиптических днищ с НД = 025 D;
R = D = 2600 мм и НД = 650 мм
[pic] определим по табл. 1222 [1 с. 407]:
[pic]- коэффициент прочности сварных швов (стыковой шов)
[pic]= 735 мм рт. ст. = 981 ( 10 4Па – давление в аппарате [см.
[pic]= 154 МПа – допускаемое напряжение [1 с. 440]
Действительная толщина стенки днища:
где с = 2 мм - прибавка на коррозию эрозию [1 с. 440]
Т.к. толщина днища должна быть не менее толщины стенки сопрягаемой с
ним обечайки поэтому принимаем [pic]. Таким образом принимаем днище с
Днище 2600 - 8 ГОСТ 6533-78
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
Расчет штуцера. Средняя скорость движения среды определяется из
уравнения объемного расхода: [pic] мс [7 с. 17]
V — объемный расход м 3с;
Подставим в формулу средней скорости и выразим диаметр:
Скорости движения рабочих сред в патрубках штуцеров:
для насыщенного пара —30-20 мс; для перегретого пара — до 50 мс;
для жидкостей —15-3 мс; для конденсата греющего пара — 1-2 мс.
Произведем расчет диаметра штуцера для прохода пара:
[pic]- скорость пара на входе и выходе из штуцера [7 с. 18]
Принимаем DУ = 500 мм
Параметры штуцера для прохода пара [1 с. 520]:
РУ = 06 МПа; DУ = 500 мм; DФ = 640 мм;
d = 23 мм; dБ = М20 мм; h = 25 мм;
D1 = 570 мм; D4 = 530 мм; n = 16; sТ = 12 мм;
Штуцер 500-6-270-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76.
Произведем расчет диаметра штуцера для прохода жидкости:
[pic]- скорость жидкости на входе и выходе из штуцера [7 с. 18]
Принимаем DУ = 80 мм
Параметры штуцера для прохода жидкости [1 с. 520]:
РУ = 06 МПа; DУ = 80 мм; DФ = 185 мм;
d = 18 мм; dБ = М16 мм; h = 15 мм;
D1 = 128 мм; D4 = 89 мм; n = 4; sТ = 4 мм;
Штуцер 80-6-215-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76.
Курсовой проект по процессам и аппаратам химической технологии является
итоговой зачетной работой учащегося направленной на решение конкретных
задач по расчету конструированию и технико-экономическому обоснованию
химической машины или аппарата.
Курсовой проект характеризует степень усвоения учащимся предметов
предусмотренных учебным планом и позволяет проверить его подготовленность
к выполнению дипломного проекта и к самостоятельной работе в
В процессе курсового проектирования я преобрела:
) умение и навыки в области методики и техники расчетов аппаратов и машин
химической промышленности методики работы с периодической и справочной
литературой методики выбора наиболее эффективного аппарата для заданного
процесса и технико-экономического его обоснования;
) умение правильного графического изображения проектируемого аппарата с
соблюдением требований ЕСКД.
А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и
природоохранного оборудования: Справочник. Т. 1. — Калуга: Издательство
природоохранного оборудования: Справочник. Т. 2. — Калуга: Издательство
Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов СВ. Белов
А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. СВ. Белова. 4-е изд. испр. и доп.—
М.: Высш. шк. 2004.— 606 с: ил.
Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. Учебник для
техникумов. М. «Высш. школа» 1970. г. 352 с. с илл.
Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для
вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты.
М.: Химия 1995.-368 с: ил.
Каталог «Колонные аппараты». Составители Л.И. Коробчанская А.К.
Литварев А.Л. Марченко А.А. Коваленко (Укр НИИхиммаш); В.В. Маруков
В.С. Свеженцев и В.А. Шейнман (ВНИИнефтемаш).
Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету
«Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для
учащихся техникумов. — 2-е изд. перераб. и доп.— М.: Высш. школа 1980.
— 223 с ил. В пер.: 60 к.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры: Справочник. Л.: Машиностроение 1970. 752 с.
Маминов Мусташкин Аюпова. Выполнение графической части курсового
проекта . Типовые колонные аппараты. Руководство.
Основные процессы аппарата химической технологии: Пособие
по проектированию под редакцией Ю.И. Дытнерского. М.: Химия 1991. 496 с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия 1987. 576 с.
Поникаров И.И. Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств
и нефтегазопереработки: Учебник. — Изд. 2-е перераб. и доп. — М.: Альфа-
М 2006. - 608 с: ил.
Преображенский П.А. Методические указания по заполнению основных
надписей и составлению спецификаций при выполнении курсовых и дипломных
проектов. Казань. КХТИ
Сосуды и аппараты Ряды диаметров ГОСТ 9617-76.
Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных
устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев: Техника
ГОСТ 2.102-68 - ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов.
ГОСТ 2.301-68 - ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 2.302-68 - ЕСКД. Масштабы.
ГОСТ 2.104-68 - ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.303-68 - ЕСКД. Линии.
ГОСТ 2.305-68 - ЕСКД. Изображения - виды разрезы сечения.
ГОСТ 2.109-73 - ЕСКД. Основные требования к чертежам.
ГОСТ 2.120-73 - ЕСКД. Технический проект.
ГОСТ 2.793-79 - ЕСКД. Обозначения условные графические. Элементы и
устройства машин и аппаратов химических производств. Общие обозначения.
ГОСТ 2.201-80 - ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских документов.
ГОСТ 2.701-84 - ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
ГОСТ 2.001-93 - ЕСКД. Общие положения.
ГОСТ 2.106-96-ЕСКД. Текстовые документы.

Аппарат (2).cdw

Технические требования
При изготовлении испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие
требования безопасности.";
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования.".
Материалы креплений и частей колонны соприкасающихся с раз-
деляемыми жидкостями или их парами из стали 12Х18Н10Т
ГОСТ 5949-75 остальные элементы колонны - из стали Ст. 3
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:
а) в горизонтальном положении - давлением 02 МПа;
б) в вертикальном положении - наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОН 26-01-71-68 "Сварка в химическом машиностроении". Сварку
произвести электродом марки АНО-5-45-2 по ГОСТ 9467-75.
Сварные швы в объёме 100% контролировать рентгенопросве-
Действительное расположение штуцеров и цапф см. на схеме.
Выход воды с ацетиленом

Колонна абсорбционная.cdw

Технические требования
При изготовлении испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие
требования безопасности.";
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования.".
Материал креплений и частей колонны соприкасающихся с раз-
деляемыми жидкостями или их парами из стали 12Х18Н10Т
ГОСТ 5949-75 остальные элементы колонны - из стали Ст. 3
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:
а) в горизонтальном положении - давлением 02 МПа;
б) в вертикальном положении - наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОН 26-01-71-68 "Сварка в химическом машиностроении". Сварку
произвести электродом марки АНО-5-45-2 по ГОСТ 9467-75.
Сварные швы в объёме 100% контролировать рентгенопросве-
Действительное расположение штуцеров и цапф см. на схеме.

Спецификация.doc

Формат Зона Поз Обозначение Наименование Кол Примечание
А1 КП 00 2322 20 ГЧ Сборочный чертеж 1
А1 КП 00 2322 20 ГЧ Технологическая схема 1
А4 КП 00 2322 20 ПЗ Пояснительная записка 1
Опора вертикальная 1
ИзмЛист№ докум. Подп.Дат

Спецификация (2).doc

Формат Зона Поз Обозначение Наименование Кол Примечание
А1 КП 00 2703 03 Сборочный чертеж 1
А1 КП 00 2703 03 Технологическая схема 1
А4 КП 00 2703 03 ПЗ Пояснительная записка 1
ИзмЛист№ докум. Подп.Дат
И.В.. абсорбционная

Федеральное агенство по образованию.doc

Федеральное агенство по образованию.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
Казанский Государственный Технологический Университет.
Механический факультет
Специальность 170500
ТЕМА: Расчет насадочного абсорбера с кольцами Рашига для поглощения
ацетилена из воздуха водой.