антиплагиат (1203110), страница 6
Текст из файла (страница 6)
2Общую высоту цилиндрической части примем равной 2,6 м.2.4 Коэффициент массопередачиНаходим коэффициент диффузии в газовой фазе в системе 2 сероводород– водород.где и 2- мольные объемы водорода и сероводорода, см3/моль;M1 и M2 - молекулярные массы сероводорода и водорода, г/моль.Коэффициент диффузии в условиях адсорбера будет равен (см2/с): 11Вязкос 2 ть газовой фазы равна Па с. 11Коэффициент массоотдачи в газовой фазе находим по уравнению:где - порозность слоя. 1Число Рейнольдса:Число Прандтля:Порозность слоя рассчитывается по формуле:Критерий Архимеда:Число Рейнольдса по формуле (2.6) равно:Порозность слоя по формуле:Число Прандтля по формуле равно:Подставим в выражение значения Re и Pr: 1Коэффициент внешней массоотдачи равен (м/с): 1Равновесная концентрация подчиняется уравниению:Коэффициент эффективной диффузии сероводорода в адсорбенте равенКоэффициент массоотдачи в адсорбенте (коэффициент внутреннеймасоотдачи) (м/с):Коэффициент массопередачи (м/с):Снижение движущей силы массопереноса в результате отклонениядвижения газа от режима идеального вытеснения учтем введениемдополнительного диффузионного сопротивления продольногоперемешивания.Коэффициент, учитывающий продольное перемешивание, 2 определимпо уравнению (м/с):Коэффициент массопередачи с учетом продольного перемешивания(м/с):Удельная поверхность адсорбента (м2/м3):Объемный коэффициент массопередачи (): 12.5 Продолжительность адсорбции.
Выходная кривая. Профильконцентрации в слое адсорбентаПродолжительность адсорбции 1 сероводорода определяется повыходной кривой, построение которой 2 проиизводится по уравнению Томасадля безразмерной концентрации в потоке:где n – общее число единиц переноса для слоя высотой z, м; T – безразмерноевремя.
1Общее число единиц переноса для слоя высотой z 2 равно:Время Т определяется по формуле:Выразим t через безразмерное время T из формулы:Зададимся временем Т =0,4, тогда:Итоговые результаты расчета выходной кривой адсорбции приведены втаблице 2.3.Таблица 2.3 – Таблица для построения выходной кривой адсорбции:T C/ 8 Cнач0,4 44004,49 00,5 55005,32 00,6 66006,160,7 77006,990,8 88007,84 0,00190,9 99008,68 0,081111,0 110010 0,507231,1 121010 0,91383T C/Cнач1,2 132011,0 0,995991,3 143012,0 0,999951,4 154013 1Время достижения концентрации метанола в газе, выходящем изадсорбера (она составляет 1% от начальной, C/ 2 Cнач = 0,01), равнодлительности стадии адсорбции. В соответствии с выходной кривой, 2приложение А, продолжительность стадии адсорбции составляет 89132,78 2сек или 24,76 ч.Построение профиля концентрация ведется по уравнениюТомаса,записанному для безразмерной концентрации в адсорбенте:Выразим расстояние z от точки ввода смеси до точки с концентрациейX в 1 виде функции от безразмерного времени: 2ГдеПодставим T = 0,4 в уравненияРасчет профиля концентраций сероводорода в слое адсорбентапредставлен в таблице 2.4.Таблица 2.4 – Профиль концентраций сероводорода в слое адсорбентаT 1/T z X/x0,4 2,5 0,519 10,5 2,0 0,648 10,6 1,667 0,778 10,7 1,429 0,907 10,8 1,25 1,037 0,99950,9 1,111 1,167 0,93461,0 1,0 1,296 0,50721,1 0,909 1,426 0,10271,2 0,833 1,556 0,00851,3 0,769 1,685 11,4 0,714 1,8152.6 Материальный баланс 1Значение интегралов уравнения материального баланса 2 определяемграфическим интегрированием выходной кривой и профиля 1 концентрации вадсорбенте.
2Количество сероводорода поступающего в адсорбер (кг):Количество сероводорода, поглощѐнного адсорбентом:где S – площадь поперечного сечения аппарата, м2Площадь сечения аппарата равно (м2):Посчитаем количество сероводорода, поглощѐнного адсорбентом поформуле (кг):Количество сероводорода, уходящего из аппарата с газовой фазой ( 2 кг):Ввиду малого количества 2 адсорбата, остающегося в аппарате в газовой 2фазе для расчета массы 2 сероводорода, оставшегося в свободном объемеадсорбера, примем концентрацию 1 сероводорода, равную начальной.Количество 2 сероводорода, остающегося в газовой фазе адсорбера: 2где ап V - объем аппарата, м3.Объем аппарата равен (м3):Подставим V ап в формулу и получим (кг):Проверим сходимость материального баланса:2.7 Расчет холодильникаИз соображений эффективности процесса адсорбции, целесообразноохладить поступающий водородсодержащий газ до оптимальнойтемпературы.Рассчитаем теплообменный аппарат для охлажденияводородсодержащего газа.
Охлаждение производится водой. Для расчѐтавыберем кожухотрубчатый теплообменник. Направим газ в межтрубноепространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника.Температура охлаждающей воды, поступающей в холодильник .Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем . Начальнаятемпература газа, конечная Водородсодержащий газ поступает в межтрубное пространство, аохлажденная вода – в трубное.Температурная схема процесса:4023Найдем 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 компонентовгазовой 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, соответствующеетурбулентному движению газа,, Вт/м2Минимальная и максимальная поверхность теплообмена равна (м2):Условию F>144 и F<864,05 удовлетворяет одноходовойкожухотрубчатый 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 перегородкеРасчетная скорость водородсодержащего газа в межтрубномпространстве (м/с):Критерий Рейнольдса для водородсодержащего газа:Критерий Нуссельта:где - критерий учитывающий влияние угла атаки, равный 0,6.Критерий Нуссельта по формуле:Коэффициент теплопередачи (Вт/ м2 К):где - коэффициент теплопроводности водородсодержащего газа при, равный0,16 Вт/м КТогда: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 определяющаятемпература Ввиду того, что температура будет определена только в концерасчета, необходимо задаться величиной t2 .В данном случае теплопередачи от газа к жидкости следует учесть, чтокоэффициент теплоотдачи от газа к стенке обычно значительно меньшекоэффициента 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 аппаратарасчетная 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 стороныводородсодержащего газа равной 2800 Вт/ м2 К, коэффициенттеплопроводности стали 46,5 Вт/ м К, тепловую проводимость загрязненийстенки со стороны воды среднего качества 2400 Вт/ м2 К.Сумма термических сопротивлений 31 стенки и загрязнений (Вт/ м2 К):Коэфф 31 ициент тепл опередачи (Вт/ м2 К):Поверхностная плотно 31 сть теплового потока (Вт/м3):Уточним значение :Расчетная площадь поверхности теплообмена (м2):Площадь поверхности теплообмена по среднему диаметру труб (м2):где - средний диаметр труб, м ; 33n - число труб;L – длина труб, м.Запас площади поверхности тепло 33 обмена:Запас площади по 33 верхности 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 типаХН.Выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметромкожуха 1000 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 747, поверхностьютеплообмена 352 м2, длиной труб 6 м.2.8 Расчет стадии десорбцииСуществуют некоторые математические модели процесса десорбции,решение которых при определенных допущениях позволяет использовать их врасчетной практике.При составлении математического описания процесса десорбции 47адсорбата из неподвижного слоя адсорбента водяным насыщенным паром в 47работе приняты следующие допущения:Поток пара через слой адсорбента является потоком идеальноговытеснения.
47 Это положение общепринято на первых этапах исследования исоблюдается для большинства промышленных аппаратов.Температура по поперечному сечению аппарата и зерна адсорбента неизменяется: разогрев зерна носит кратковременный характер. Это позволяетрассматривать двухфазную систему с неподвижной твердой фазой какквазигомогенную; при этом к ней можно применять соотношения,выведенные для однофазной системы.Массой пара (десорбирующего агента) находящегося в порах зеренадсорбента, можно пренебречь по сравнению с массой слоя адсорбента. 47Скорость процесса десорбции водяным насыщенным паром в общем случаеописывается уравнением: 47где - константа наблюдаемой скорости десорбции, 91 являющейся функциейтемпературы и скорости водяного пара;а – 47 текущая концентрация адсорбата.Процесс десорбции считается изотермическим, тогда егоматематическое описание примет вид:где W - скорость десорбирующего агента;С – концентрация адсорбата в десорбирующем агенте;h – высота слоя адсорбента;– 47 плотность паровой фазы;– 47 кажущаяся плотность адсорбента;– порозность слоя;w – 47 скорость десорбции.Решая систему уравнений относительно времени десорбции адсорбатаиз твердой фазы при начальных и граничных условиях,,, получаемвыражение:С использованием экспериментальных данных по промышленнойрекуперации методом регрессионного анализа было найдено:Подставив зависимость в выражение получим расчетную зависимость (с):4 Экологичность и безопасность проекта4.1 Анализ потенциальных вредных и опасных производственныхфакторов при эксплуатации адсорбционной установкиПроцесс адсорбции является пожароопасным и взрывоопасным.В соответстви и с ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредныепроизводственные фа 7 кторы.
Клас сификация» основные и вредныепрои 7 зводственные факторы:Высокая в зрывопоржароопасность нефтепродуктов,взрывоопасность паров нефтепродуктов, наличие втехнологически 24 х процессах горючих и взрывоопасных газов;Токсичность многих нефтепродуктов и их паров (относятся к 3,4классам опасности), а также применение в качестве реагентов иотносящихся веществам 2 класса опасности;Возможная загазованность воздуха рабочей зоны;Повышенный уровень стати 7 ческого электричества вследствиетранспортировки нефтепродуктов, обладающих способностьюнакапливать заряды статич еского электричества; 10Движущиеся машины и механизмы, подвижные частипроизводственного оборудования;Повышенная и пониженная температура поверхностей 26оборудования, нефтепродуктов, 26 ре агентов;Повышенная и пониженная температура воздуха рабочей зоныПовышенный уровень шума на рабочем местеПовыше 10 нный уровень вибрацииНаличие аппаратов, работающих при высоких давлениях итемпературах, содержащих большое количество продуктов в газо- ипарообразном состоянии, создает опасность загазованности территории споследующим взрывом, загоранием или отравлением обслуживающегоперсонала.Наиболее опасными местами н 7 а установке являются:открытая насосная и постамент;все колодцы промканализации и оборотного водоснабжения, гдевозможны скопления паров бензина и углеводородных газов.Основными причинами, способными привести к аварии, являютсяследующие факторы:отступление от норм установленного технологического режимаэксплуатации;разгерметизация фланцев трубопроводов или аппаратов снефтепродуктами;неисправность средств сигнализации и блокировки технологическогопроцесса;несоблюдение инструкций по промышленной безопасности и 7пр 7 отивопожарных правил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
