ВКР (1203106), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Количество сероводорода, поглощѐнного адсорбентом:

где S – площадь поперечного сечения аппарата, м2

Площадь сечения аппарата равно (м2):

Посчитаем количество сероводорода, поглощѐнного адсорбентом по формуле (кг):

Количество сероводорода, уходящего из аппарата с газовой фазой (кг):

Ввиду малого количества адсорбата, остающегося в аппарате в газовой фазе для расчета массы сероводорода, оставшегося в свободном объеме адсорбера, примем концентрацию сероводорода, равную начальной. Количество сероводорода, остающегося в газовой фазе адсорбера:

где ап V - объем аппарата, м3.

Объем аппарата равен (м3):

Подставим V ап в формулу (2.28) и получим (кг):

Проверим сходимость материального баланса:

2.7 Расчет холодильника

Из соображений эффективности процесса адсорбции, целесообразно охладить поступающий водородсодержащий газ до оптимальной температуры.

Рассчитаем теплообменный аппарат для охлаждения водородсодержащего газа. Охлаждение производится водой. Для расчѐта выберем кожухотрубчатый теплообменник. Направим газ в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника.

Температура охлаждающей воды, поступающей в холодильник . Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем . Начальная температура газа , конечная -

Водородсодержащий газ поступает в межтрубное пространство, а охлажденная вода – в трубное.

Температурная схема процесса:

40 

23 

Найдем отношение средней разности температур:

Так как отношение , то средняя разность температур равна:

Средняя температура воды ( ):

Средняя температура водородсодержащего газа (

Тепловая нагрузка:

где – удельная теплоемкость газа, Дж/ кг·град.

Удельная теплоемкость газовой смеси равна:

где ri - объемная доля компонента смеси;

ci- удельная теплоемкость компонента, Дж/ кг·град.

Подставив в уравнение (2.34) удельные теплоемкости компонентов газовой смеси получим:

Тепловая нагрузка по формуле (2.31) равна (Вт):

Удельная теплоемкость воды при 23 равна 4184, Дж/кг·град.

Расход воды (кг/с):

Значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному движению газа , , Вт/м2

Минимальная и максимальная поверхность теплообмена равна (м2):

Условию F>144 и F<864,05 удовлетворяет одноходовой кожухотрубчатый аппарат с числом труб 747.

Площадь проходного сечения по трубам:

где n – число труб;

- внутренний диаметр трубы, м.

Рассчитаем площадь проходного сечения по трубам по (м2):

Площадь проходного сечения в перегородке

Расчетная скорость водородсодержащего газа в межтрубном пространстве (м/с):

Критерий Рейнольдса для водородсодержащего газа:

Критерий Нуссельта:

где - критерий учитывающий влияние угла атаки, равный 0,6.

Критерий Нуссельта по формуле (2.39):

Коэффициент теплопередачи (Вт/ м2·К):

где - коэффициент теплопроводности водородсодержащего газа при , равный 0,16 Вт/м · К

Тогда:

Скорость воды (м/с):

где - плотность воды при 21,5 , равная 998, кг/м3.

Критерий Рейнольдса:

где - кинематический коэффициент вязкости при средней температуре 21,5 , равный , м2/с.

При расчете теплоотдачи в случае Re< 10000 определяющая температура Ввиду того, что температура будет определена только в конце расчета, необходимо задаться величиной t2 .

В данном случае теплопередачи от газа к жидкости следует учесть, что коэффициент теплоотдачи от газа к стенке обычно значительно меньше коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости, поэтому примем .

При этом:

За определяющую температуру примем ( ):

Найдем ориентировочное значение произведения (Gr·Pr):

где - коэффициент объемного расширения,

Произведение (Gr·Pr)< следовательно для горизонтального аппарата расчетная формула критерия Нуссельта выглядит:

где L – длину труб, м.

Принимаем значение труб равное 6 м, тогда:

Коэффициент теплопередачи (Вт/ м2·К):

где - коэффициент теплопроводности воды при 25 , равный 0,608, Вт/ м·К.

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны водородсодержащего газа равной 2800 Вт/ м2·К, коэффициент теплопроводности стали 46,5 Вт/ м·К, тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны воды среднего качества 2400 Вт/ м2·К.

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (Вт/ м2·К):

Коэффициент теплопередачи (Вт/ м2·К):

Поверхностная плотность теплового потока (Вт/м3):

Уточним значение :

Расчетная площадь поверхности теплообмена (м2):

Площадь поверхности теплообмена по среднему диаметру труб (м2):

где - средний диаметр труб, м;

n - число труб;

L – длина труб, м.

Запас площади поверхности теплообмена:

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

Проверим допустимость применения аппарата типа ХН.

Определим температуру стенки :

Определим температуру наружной поверхности труб ( ):

Средняя температура стенок труб ( ):

Средняя разность ( ):

Так как средняя разность меньше 20, поэтому принимаем аппарат типа ХН.

Выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 1000 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 747, поверхностью теплообмена 352 м2, длиной труб 6 м.

2.8 Расчет стадии десорбции

Существуют некоторые математические модели процесса десорбции, решение которых при определенных допущениях позволяет использовать их в расчетной практике.

При составлении математического описания процесса десорбции адсорбата из неподвижного слоя адсорбента водяным насыщенным паром в работе приняты следующие допущения:

Поток пара через слой адсорбента является потоком идеального вытеснения. Это положение общепринято на первых этапах исследования и соблюдается для большинства промышленных аппаратов.

Температура по поперечному сечению аппарата и зерна адсорбента не изменяется: разогрев зерна носит кратковременный характер. Это позволяет рассматривать двухфазную систему с неподвижной твердой фазой как квазигомогенную; при этом к ней можно применять соотношения, выведенные для однофазной системы.

Массой пара (десорбирующего агента) находящегося в порах зерен адсорбента, можно пренебречь по сравнению с массой слоя адсорбента. Скорость процесса десорбции водяным насыщенным паром в общем случае описывается уравнением:

где - константа наблюдаемой скорости десорбции, являющейся функцией температуры и скорости водяного пара;

а – текущая концентрация адсорбата.

Процесс десорбции считается изотермическим, тогда его математическое описание примет вид:

где W - скорость десорбирующего агента;

С – концентрация адсорбата в десорбирующем агенте;

h – высота слоя адсорбента;

– плотность паровой фазы;

– кажущаяся плотность адсорбента;

– порозность слоя;

w – скорость десорбции.

Решая систему уравнений относительно времени десорбции адсорбата из твердой фазы при начальных и граничных условиях , , , получаем выражение:

С использованием экспериментальных данных по промышленной рекуперации методом регрессионного анализа было найдено:

Подставив зависимость в выражение получим расчетную зависимость (с):

3 Экологичность и безопасность проекта

3.1 Анализ потенциальных вредных и опасных производственных факторов при эксплуатации адсорбционной установки

Процесс адсорбции является пожароопасным и взрывоопасным.

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» основные и вредные производственные факторы:

• Высокая взрывопоржароопасность нефтепродуктов, взрывоопасность паров нефтепродуктов, наличие в технологических процессах горючих и взрывоопасных газов;

• Токсичность многих нефтепродуктов и их паров (относятся к 3,4 классам опасности), а также применение в качестве реагентов и относящихся веществам 2 класса опасности;

• Возможная загазованность воздуха рабочей зоны;

• Повышенный уровень статического электричества вследствие транспортировки нефтепродуктов, обладающих способностью накапливать заряды статического электричества;

• Движущиеся машины и механизмы, подвижные части производственного оборудования;

• Повышенная и пониженная температура поверхностей оборудования, нефтепродуктов, реагентов;

• Повышенная и пониженная температура воздуха рабочей зоны

• Повышенный уровень шума на рабочем месте

• Повышенный уровень вибрации

Наличие аппаратов, работающих при высоких давлениях и температурах, содержащих большое количество продуктов в газо- и парообразном состоянии, создает опасность загазованности территории с последующим взрывом, загоранием или отравлением обслуживающего персонала.

Наиболее опасными местами на установке являются:

• Открытая насосная и постамент;

• Все колодцы промканализации и оборотного водоснабжения, где возможны скопления паров бензина и углеводородных газов.

Основными причинами, способными привести к аварии, являются следующие факторы:

• Отступление от норм установленного технологического режима эксплуатации;

• Разгерметизация фланцев трубопроводов или аппаратов с нефтепродуктами;

• Неисправность средств сигнализации и блокировки технологического процесса;

• Несоблюдение инструкций по промышленной безопасности и противопожарных правил.

Ниже в таблице 3.1 приводятся основные сведения по характеристике токсичных свойств сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства.

Характеристики

Список файлов ВКР