Регенерация азотной и серной кислоты
х газов:
d=0.35 м; S1=0.785*0.352=0.096 м2
2. Площадь сечения горизонтального канала входа газов:
S2=a*b=0.4*0.38=0.152 м2
3. Площадь сечения односоплового вихревого контактного устройства
(Dко=0,7 м)
S3=0.785*0.72=0.39 м2
4. Определяем скорость газового потока в первой ступени колонны:
[pic]м/сек
[pic]м/сек
[pic]м/сек
5. Гидравлическое сопротивление орошаемой первой ступени вихревой
колонны определяется по формуле:
[pic] = -5601,32 + 287,77Z1 +266.7Z2 + 147.52Z3 +2128.38Z4 –7.81Z1Z2 -
33.4Z1Z3 - 69.37Z1Z4 - 72.93Z2Z3 - 68.03Z2Z4 - 103.58Z3Z4 + 3.72Z1Z2Z3
+2.71Z1Z2Z4 + 15.46 Z1Z3Z4 + 31.52 Z2Z3Z4 - 1.5Z1Z2Z3 Z4, Па
где Z1 - Wщ, м/с
Z2 - [pic], м3 /м2 час
Z3 – б/Дк.д, м/м
Z4 – н/ Дк.д, м/м
Для первой ступени:
Z1- Wщ= W2=16,33м/с
Z2 – плотность орошения ступени:
[pic]м3 /ч, где
Sкол – площадь сечения колонны (Двн=1мм)
Sкол=0,785 м2
Z3=б/Дко; б – зазор между контактной обечайкой первой ступени и тарелкой
второй ступени
б= 0,21 м
Дк.о=0,7м; Z3=б/ Дк.о=0,21/0,7=0,3м/м
Z4= н/ Дк.о;
Н – высота контактной зоны односоплового ВКУ;
Н= 21 м
Z4 = н/ Дк.в =2,1/0,7=3м/м
Гидравлическое сопротивление первой ступени вихревой колонны равно:
[pic]=3302.94 Па.
6. Уравнение, описывающее изменение относительного брызгоуноса
жидкости с первой ступени от режимных и конструктивных параметров
имеет вид:
E*102=-71+Z1 + Z2 + 110Z3 + 38 Z4 -2Z1Z3 - 2Z2Z3-58Z3 Z4+Z2Z3 Z4 кг/кг
Определим значение относительного брызгоуноса с первой ступени при
заданных конструктивных и режимных параметрах:
E1=0,61 кг/кг
4.2.2. Расчет гидродинамических характеристик второй и последующих по ходу
газа ступеней вихревой колонны [5]
1. Тарелка
2. Контактная обечайка
3. Завихритель
4. Вышележащая ступень
1. Площадь отверстия проходов газа тарелки
(d=0.4 мм); S1=0.785*d2=13 м2
2. Площадь сечения прохода газов завихрителя:
S2=b*h*n = 0,04*0,3*8=0,096 м2
b – ширина щелей, b = 0,04 м
h – высота щелей, h = 0,3 м
n – количество щелей, n = 8 шт
3. Площадь сечения контактной обечайки (Дко=0,66 м)
S3=0,785* Дко2=0,785*0,662=0,34 м2
4. Площадь кольцевого сечения между контактной обечайкой и
завихрителем:
S4=[pic]м2
Где Дзав=0,51 – наружный диаметр завихрителя
5. Площадь свободного сечения колонны:
Двн=1,0 м – внутренний диаметр колонны
S5=0,785* Двн2=0,785 м2
6. Рассчитаем скорости газового потока: на второй по ходу газа
ступенях колонны
W1=[pic]м/сек
На третьей ступени ( а также на последующих ступенях):
W2=[pic]м/сек
W3=[pic]м/сек
W4=[pic]м/сек
W5=[pic]м/сек
7. Гидравлическое сопротивление орошаемых второй и последующих
ступеней определяется по уравнению:
[pic] = -4232,32 + 584,91Z1 +62,22Z2 + 3323,29Z4 +3372.03Z5 –7.14Z1Z2 –
184,01Z1Z4 – 403,7Z1Z5 - 72.09Z2Z4 - 56.8Z2Z5 – 2486,54Z4Z5 + 8.75Z1Z2Z4
+7.12Z1Z2Z5 + 145,99Z1Z4Z5 + 76,65Z2Z4Z5 – 8,49Z1Z2Z4 Z5, Па
где Z1 - W4, м/с=17,3 м/с
Z2 - [pic], м3 /м2 час
Z3 – б/Дк.о, м/м
Z4 – н/ Дк.о, м/м
Z5 – S2/S1 м2 /м2
Для второй ступени:
Z2=[pic] м3 /м3 час
Для третьей ступени:
Z2=[pic] м3 /м3 час
Для четвертой ступени
Z2=[pic] м3 /м3 час
Для пятой ступени:
Z2=[pic] м3 /м3 час
Z3=б/Дко=0,19/0,66=0,28 м/м
Z4=б/Дко=0,36/0,66=0,55 м/м
Z5=S2/S1=0.096/0.13=0,74 м/м
Гидравлическое сопротивление второй ступени равно:
[pic]Па
третьей ступени:
[pic]Па
четвертой ступени
[pic]Па
пятой ступени
[pic]Па
8. Уравнение, описывающее изменение брызгоуноса с вихревой ступени от
режимных и конструктивных параметров имеет вид:
E = -2.46 + 0.14Z1 +0.05Z2 + 3.44Z3 +2.08Z4 +2.09Z5–0.01Z1Z2 – 0.19Z1Z3 –
0.11Z1Z4 – 0.11Z1Z5 – 0.07Z2Z3 – 0.05Z2Z4 – 0.04Z2Z5 – 2.87Z3Z4 –
2.91Z3Z5 – 1.73Z4Z5 + 0.01Z1Z2Z3 +0.01Z1Z2Z5 + 0.15Z1Z3Z4 + 0.14Z1Z3Z5 +
2.37Z3Z4Z5 – 0.01Z1Z2Z3 Z4 – 0.01Z1Z2Z3 Z5 – 0.11Z1Z3Z4 Z5 + 0.08Z1Z4Z5 +
0.06Z2Z3Z4 + 0.05Z2Z3Z5 + 0.04Z2Z4Z5 - 0.04Z2Z3Z4 Z5, kJ/kJ
Относительный брызгоунос со второй ступени при принятых значениях (Z1- Z5)
составляет:
E2=0,54 кг/кг
Относительный брызгоунос с третьей ступени:
E3=0,47 кг/кг.
Относительный брызгоунос с четвертой ступени:
E4=0,44 кг/кг
9. Гидравлическое сопротивление вихревой колонны составляет:
[pic]=[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+[pic]+2[pic]+2+[pic], где
[pic]-[pic] - гидравлическое сопротивление ступеней вихревой колонны, Па
[pic]= 2000 Па - гидравлическое сопротивление брызгоуловительной ступени
[pic]=2200 Па - гидравлическое сопротивление абсорбционной ступени
[pic]=3302,94+2152,54+2153,21+2155,52+2156,88+2*2000+2*2200=20321,1Па
Рассчитанные значения относительно брызгоуноса жидкости между ступенями
колонны (E1-E4) соответствуют режиму работы вихревой колонны без
образования тумана серной кислоты.
10. Расчет линий перетока жидкости
Площадь сечения переточных труб жидкости между ступенями: (Дтр=0,08
мм) Sпер=0,785*0,082=0,005024 м2
а) линии перетока жидкости после первой ступени:
Дтр=0,1 мм; Sпер=0,785*0,12=0,00785 м2
uж=[pic]м/с
б) линии перетока жидкости между второй и первой ступенями:
Sпер=0,005 м2
uж=[pic]м/с
в) линии перетока жидкости между третьей и второй ступенями:
uж=[pic]м/с
г) линии перетока жидкости между четвертой и третьей ступенями:
uж=[pic]м/с
д) линии перетока жидкости между пятой и четвертой ступенями:
uж=[pic]м/с
с) линия подачи слабой (70%) серной кислоты на пятую ступень колонны:
uж=[pic]м/с
4.3. Механические расчеты основных деталей и узлов вихревой колонны [6],
[7]
1. Расчет толщины обечаек
Расчет производится в соответствии с ГОСТ 14249-80. Исполнительную
толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной
внутренним избыточным давлением рассчитываем по формуле:
[pic]
Условие: [pic], где
P – внутренне давление (0,1 Мпа)
[pic]- коэффициент прочности сварного шва продольном направлении,
[pic]=1
Ck – поправка на коррозию с учетом срока службы аппарата, Ck = 0,001
D – внутренний диаметр, D=1 м
[pic] - допустимое напряжение, [pic]=2,2 Н/м2
S=[pic]м
[pic] - условие выполняется
Толщина обечайки по расчетам равна 0,025 м
2. Расчет толщины днища:
[pic], где
[pic]=0,1 мПа внутреннее давление
[pic]- коэффициент прочности днищ, изготовленных из цельной заготовки
[pic] = 2,2мН/м2 - допустимое напряжение
С=0,001
R=1 м – радиус кривизны в вершине днища. Для элептических днищ R=D,
где D – внутренний диаметр аппарата, D=1 м
[pic]м
Условие: [pic]
[pic]
Условие выполняется. Толщина днища равна 0,025 м.
3. Расчет фланцевых соединений
Расчетное растягивающее условие в болтах
[pic], где
Дп – средний диаметр уплотнения, м
[pic]- расчетная сила осевого сжатия уплотняемых поверхностях в рабочих
условиях, необходимых для обеспечения герметичности, [pic]=0,00563 [pic]
[pic]-рабочее давление, [pic]=0,1 Мпа
Дп=1070 мм, [pic]
[pic]
Расчетная сила сжатия прокладки прямоугольного сечения определяется по
формуле:
[pic], где
в – эффективная ширина прокладки, м
[pic]; [pic]
к – коэффициент, учитывающий зависимость от материала и конструкции
прокладки
к = 2,5 (материал – асбест)
в0 – действительная ширина прокладки, м
Диаметр болтовой окружности:
Дб=(1,1-1,2)Дв0,933=1,1*1,050,933=1,15 мм, где
Дв – внутренний диаметр фланца, равный наружному диаметру аппарата,м
Дв = 1050 мм = 1,05м
Расчет диаметра болтов
[pic], где
Дт=1.098 м – наружный диаметр сварного шва на фланце
[pic][pic]
число болтов: [pic], где
Fб – площадь сечения выбранного болта по внутреннему диаметру резьбы, м2
[pic]
[pic]- допустимое напряжение на растяжение на болтах
[pic]
Округлим и получаем число болтов 16 шт.
Наружный диаметр фланца
Дф=Дб+(1,8+2,5)dб
Дф=1,15+4,3*0,02=1,24 м
Приведенная нагрузка на фланец при рабочих условиях:
[pic]
[pic]
Вспомогательная величина Ф при рабочих условиях (в м2 )
Ф=[pic]
Вспомогательная величина А:
[pic]
[pic] - предел текучести материала фланцев при рабочей температуре,
[pic]=240 [pic]/м2
S – толщина обечайки, соединяемой фланцем, м, [pic], [pic] - коэффициенты,
определяемые графическим путем [pic]=0,99, [pic]=9
Высоту фланца h определяем по формулам
[pic], м; при [pic], [pic]
2,74*10-4 м2[pic] 1,13*0,01125 м2
2,74*10-4 м2[pic]0,0127
[pic]
Расчет опор аппарата [10]
Толщина ребра: [pic], где
[pic] - нагрузка на одну опору, в мН
к – коэффициент, зависящий от соотношения [pic]; k=0.6, n=4
z- количество ребер на опоре принимаем из конструктивных соображений
L – высота опоры, L=0.2 м
[pic]=108000 кгс = 10800кг = 1,08мн = 10,79*103кГс
[pic]
Высота ламп: L=L/0.5 = 0.2/0.5=0.4 м
Общая длина сварного шва, Lш:
Lш=4(h+[pic])=4(0.4+0.026)=1.17 м
Прочность сварного шва, [pic], при соблюдении условия: [pic] LшhшTшс, где
Lш - общая длина сварных швов, м
hш – катет свободного шва, м hш=0,008м
Tшс – допускаемое напряжение материала шва на срез, нм/ м2
Tшс - =100мн/ м2
1,08/4 = 0,27 мн <0,7*1,74*0,008*100=0,97 мн
0,27 мн < 0,97 [pic]
Условие прочности выполняется.
5. Выбор и обоснование схемы автоматизации производственного процесса
Автоматизированные системы управления – это человекомашинные системы,
обеспечивающие автоматический сбор, обработку информации и оптимизацию
управления.
АСУТП предназначен
| |  скачать работу |
Регенерация азотной и серной кислоты |
