Определение гидродинамических параметров жидкости и пара в расчётных сечениях

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине

«Гидродинамика при контактировании потоков

в аппаратах и оборудовании»:

¾ задать по вариантам расход и состав сырья;

¾ определить расчетные сечения;

¾ определить гидродинамические параметры пара и жидкости в расчетных сечениях;

¾ выполнить проектный расчет;

¾ построить диаграмму устойчивой работы;

¾ предложить конструкторское решение по выбору массообменных устройств;

¾ заполнить таблицы 4.1-4.3по РТМ 26-02-16-83;

¾ выполнить эскиз аппарата со спецификацией на внутренние устройства.

Руководитель:

к.т.н., доцент

Круглов С.С.

_______________________

(подпись, дата)

Содержание

Введение. 4

1 Определение гидродинамических параметров жидкости и пара в расчётных сечениях 9

2 Проектный гидравлический расчёт. 10

3 Диаграммы устойчивой работы.. 14

4 Эскиз аппарата. 17

Заключение. 18

Список использованных источников и литературы.. 19

Введение

Массообменные процессы – это процессы которые сопровождаются переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Скорость массопередачи при заданной температуре зависит от интенсивности молекулярной диффузии, ᴛ.е. способности самопроизвольного проникновения одного вещества в другое за счёт беспорядочного движения молекул. Процесс переноса массы из одной фазы в другую происходит за счёт разности концентраций вещества в этих фазах до тех пор, пока не будет достигнуты условия равновесия. Движущая сила процесса массопередачи определяется разностью концентраций фаз (выражается через разницу между рабочими и равновесными концентрациями распределяемого компонента в первой и второй фазах соответственно). Количество массы, передаваемое из одной фазы в другую, зависит от поверхности раздела фаз, продолжительности процесса и разности концентраций[5].

Основными разновидностями массообменных процессов являются: абсорбция, адсорбция, перегонка, ректификация, кристаллизация, сушка и экстракция[4].

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем. Обратный процесс – выделения из жидкостей растворенного газа – называют десорбцией. Абсорбция характеризуется избирательностью (селективностью), ᴛ.е. каждое вещество поглощается определенным поглотителем. Различают абсорбцию простую, основанную на физическом поглощении компонента жидким поглотителем, и хемосорбцию, которая сопровождается химической реакцией между извлекаемым компонентом и жидким поглотителем[5].

Адсорбция – это процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из жидкой или газовой смеси твердым поглотителем – адсорбентом. В качестве адсорбентов широко применяют твердые вещества с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью(активные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты – водные алюмосиликаты кальция и натрия и др.) Адсорбция применяется в промышленности для очистки и сушки жидкостей и газов, для разделения смесей различных жидкостей и газообразных веществ, извлечения летучих растворителей, осветления растворов, для очистки воды и др.

Перегонка и ректификация основаны на различных температурах кипения фракций, составляющих жидкость. Существуют два принципиально отличных вида перегонки: простая (однократная) перегонка и ректификация [4].

Простая перегонка – эᴛᴏ однократный процесс частичного испарения низкокипящей фракции с последующей конденсацией образовавшихся паров, а ректификация – эᴛᴏ процесс многократного (или непрерывного) испарения и конденсации паров исходной смеси. В результате ректификации получают более чистые конечные продукты. Жидкость, полученная в результате этого, называют дистиллятом, или ректификатом. Процессы перегонки и ректификации находят широкое применение в химической и спиртовой промышленности, в производстве лекарственных препаратов, в нефтеперерабатывающей промышленности и т.д.

Кристаллизацией принято называть выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация начинается с образования центров (или зародышей) кристаллизации. Скорость их образования зависит от температуры, скорости перемешивания и т.д. С повышением температуры скорость роста кристаллов увеличивается, однако это приводит к образованию более мелких кристаллов и часто вызывает снижение движущей силы процесса. Крупные кристаллы легче получить при медленном их росте без перемешивания и небольших степенях пересыщения растворов, однако это снижает производительность процесса кристаллизации. Нахождение оптимальной скорости кристаллизации и составляет одну из базовых задач этого процесса.

Экстракция –это процесс избирательного поглощения жидкостью или паром ценных компонентов, содержащихся в исходном твердом сырье. (Пример – заварка чая, кофе и д.р.) [5].

Сушкой называют процесс удаления влаги из различных (твердых, жидких и газообразных) материалов. Влага должна быть удалена испарением, сублимацией, вымораживанием, токами высокой частоты, адсорбцией и т.д. При этом наиболее распространена сушка испарением за счёт подвода теплоты. Более экономичным является последовательное удаление влаги фильтрацией, центрифугированием (с содержанием остаточной влаги 10…40 %), а затем тепловой сушкой [4].

Для обеспечения эффективного контактирования фаз, как было сказано ранее, массообменные колонны снабжаются массообменными устройствами. В настоящее время известно большое количество разнообразных массообменных устройств, при этом продолжается разработка новых прогрессивных. Это объясняется тем, что к массообменным устройствам предъявляется большое количество требований, многие из которых противоречат друг другу. Поэтому невозможно разработать универсальной конструкции массообменных устройств. Области применения контактных устройств определяются свойствами разделяемых смесей, рабочим давлением в аппарате, нагрузками по пару (газу) и жидкости и т.п. К конструкциям массообменных устройств предъявляются следующие основные требования: дешевизна, простота в обслуживании, высокая производительность, максимально развитая поверхность контакта между фазами и эффективность передачи массы вещества из одной фазы в другую, устойчивость режима в широком диапазоне нагрузок, максимальная пропускная способность по паровой (газовой) и жидкой фазе, минимальное гидравлическое сопротивление, прочность конструкции и долговечность, технологичность изготовления и т.д. В зависимости от способа организации контакта фаз массообменные устройства обычно подразделяют на тарельчатые, насадочные и роторные.

Около 60% изготавливаемых колонных аппаратов для абсорбции и ректификации представляют собой тарельчатые колонны, остальные насадочные. Последние при правильной организации гидродинамики процесса часто более экономичны, чем тарельчатые. В колонные аппараты подразделяют на тарельчатые, насадочные и пленочные. Роторные и пленочные из-за сложности изготовления и высокой стоимости мало используются в промышленности, поэтому здесь не рассматриваются [5].

Тарельчатые массообменные устройства

В нефтеперерабатывающей промышленности наибольшее распространение находят тарельчатые колонные аппараты. В тарельчатой колонне процесс массообмена осуществляется путем многократного ступенчатого контактирования двух фаз. Для этой цели она и снабжается специальными устройствами – тарелками, на которых в основном и происходит массообмен, если не считать незначительного массообмена в свободном объеме колонны. Тарелки монтируют горизонтально внутри колонны. В ректификационных колоннах применяются тарелки различных конструкций, существенно различающиеся по своим рабочим характеристикам и технико-экономическим данным [4].

При оценке конструкций тарелок обычно принимают во внимание следующие показатели:

¾ производительность;

¾ гидравлическое сопротивление;

¾ эффективность при разных рабочих нагрузках;

¾ диапазон рабочих нагрузок в условиях достаточно высокой эффективности;

¾ сопротивление одной теоретической тарелки при разных рабочих нагрузках;

¾ возможность работы на средах, склонных к образованию инкрустаций, к полимеризации и т.п.;

¾ простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, монтажа, ремонтов;

¾ металлоемкость.

Классификация:

¾ желобчатыемассообменные устройства;

¾ S образные массообменные устройства;

¾ Колпачковые массообменные устройства;

¾ Клапанные массообменные устройства;

¾ Массообменные устройства провального типа.

Определение гидродинамических параметров жидкости и пара в расчётных сечениях

Данные потока определим из технологического расчета в среде ASPEN HYSYS. Исходные данные для расчета представлены в виде таблицы. Геометрию тарелки определим по АТК 26-02-1-89. Расстояние между тарелками примем 600мм, коэффициент уноса жидкости 10%, фактор системы1. Проверим тарелки где изменяется расход по паровой или жидкой фазе.

Рисунок 1 – Диаграмма изменения расхода по сечениям колонны

Для гидравлического расчета проверим тарелки где изменяется расход по паровой или жидкой фазе. На рисунке 1 видно, что для расчета нужно выбрать 1, 15, 19, 20 и 32 тарелки, т.к. эти точки являются минимумами и максимумами, а остальные находятся в пределах между ними.

Таблица 1 – Гидродинамические параметры пара и жидкости в расчётных сечениях