Технико-экномический расчет насадочного абсорбера
Аннотация
В данной курсовой работе произведен расчет технологических основ создания насадочного абсорбера, расчёт технико-экономических характеристик, а так же вычислены технологические критерии развития ТО, выполнена 1 графическая работа. Работа выполнена согласно методическим указаниям.
Содержание:
Введение
- Расчет технико-экономических характеристик
2. Технологические критерии развития ТО
2.1. Критерии трудоёмкости изготовления ТО
2.2. Критерий использования материалов
2.3. Критерий расхода энергии
2.4. Критерий габаритных размеров ТО
3. Описание конструкции насадочного абсорбера
4. Выбор конструкционных материалов
5. Описание технологии изготовления машины
Заключение
Список литературы
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс — выделение растворенного газа из раствора — носит название десорбции.
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). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.
На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а непоглощаемые составные части — инертным газом.
Жидкая фаза состоит из
поглотителя и абсорбированного
компонента. Во многих случаях поглотитель
представляет собой раствор активного
компонента, вступающего в химическую
реакцию с абсорбируемым
Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции (см. ниже) инертный газ и поглотитель по расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции (см. ниже) поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.
Санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.
Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует- через систему абсорбер — десорбер — абсорбер.
В некоторых случаях (при
наличии малоценного
Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны. Некоторые, из этих областей указаны ниже:
Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НСl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т. д. При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.
Из различных типов аппаратов в настоящее время наиболее распространены насадочные и барботажные тарельчатые абсорберы. При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов.
1. Расчёт
технико-экономических
Коэффициент использования колонны:
Насадочный абсорбер стоимостью С = 800 тыс. тенге, с отдачей От = 560 млн.тенге/год.
Абсорбер работает в две смены с коэффициентом загрузки 0,85, потребляет электрической энергии 200 Вт=0,2кВт.
При пятидневной рабочей неделе число рабочих дней в году 5 * 52 = 260, а за вычетом праздничных дней (в среднем 5 дней в году) – 255. Годовое число рабочих часов 255 * 16 * 0,85 = 3480.
При общем числе часов
в году 365*24=8760 коэффициент использования
колонны:
Срок службы абсорбера 14 лет (согласно исходным данным).
Наработка абсорбера за срок службы:
Средняя за период службы рентабельность:
(1.4)
возрастает от исходного значения q = 3,89 при D = 1 год до q = 3,92 при D = 5,6 лет.
Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы машины (годовой доход)
Q
Q (1.6)
Допустим, что абсорбер работает в среднем на 0,8 номинальной мощности. При стоимости 1 кВт/ч 12,97 тенге годовой расход на электроэнергию Эн = 3480 • 0,2 • 0,8• 12,97 = 6205 тенге/год.
Пусть годовая заработная плата оператора 600 000 тенге, тогда при двусменной работе затраты на оплату труда Тр = 1 200 000 тенге/год.
Расходы на обслуживание абсорбера включим в оплату труда оператора. Накладные расходы примем равными 100% Тр. Доля материала и инструмента в стоимости продукции а = 0,25, т. е. Мт + Ин = 0,25 От = 140 млн. тенге/год.
Примем, что расход на ремонт за весь период эксплуатации равен стоимости абсорбера ( = С). Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:
= 420 000 000 D – 2406205
= 2 349 593 795 тенге
Срок окупаемости Нок определяется как период службы, при котором суммарный экономический эффект равен стоимости машины, т. е.
C =Hок(От – Р) – Ам,
где: Р – годовые эксплуатационные расходы,
Р = Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Нк.
Затраты на ремонт, как правило, весьма малые в первые годы эксплуатации и ими пренебрегают.
Расход на амортизацию за срок окупаемости
где Н – период службы машины.
После подстановки значения Ам в уравнение получаем:
Коэффициент эксплуатационных расходов:
(1.12)
Коэффициент эксплуатационных расходов возрастает с увеличением долговечности и при больших значениях D. Соответственно снижается доля стоимости машины в общей сумме расходов.
Коэффициент стоимости машины (процентное отношение стоимости машины к сумме расходов)
Следовательно, повышение стоимости машины, направленное на увеличение % ее долговечности, вполне целесообразно, так как выигрыш от увеличения долговечности намного превосходит снижение экономического эффекта из-за удорожания машины. Например, увеличение исходной долговечности в 5 раз (с 2 до 10 лет), сопровождаемое повышением стоимости машины даже вдвое, увеличивает, согласно формуле (1.13), экономический эффект в 9 раз.
Снижение энергопотребления (увеличение КПД абсорбера) в рассматриваемом случае влияет крайне незначительно. Повышение КПД даже на 20% увеличивает экономический эффект незначительно.
Снижение расходов на труд (частичная автоматизация, допускающая применение менее квалифицированного труда) в реальных пределах на 30% увеличивает экономический эффект по сравнению с исходным в 1,35 раза при D = 1 год и в 1,2 раза при D = 5,6 лет.
Наиболее эффективно увеличение
отдачи (повышение производительности)
2. Технологические критерии развития ТО
2.1. Критерии трудоёмкости изготовления ТО
Критерий трудоёмкости равен
отношению суммарной
где С = 800 тыс. тенге (согласно исходным данным);
– скорость газового потока в абсорбере [6];
– площадь сечения колонны, м2
(2.3)
(2.4)
(2.5)
2.2. Критерий использования материалов.
В процессе обработки появляются
обрезки, стружка и другие
отходы, в результате чего масса
готовых деталей и
Доля отходов в большей мере
зависит от технологического
процесса и оборудования, поэтому
существует и действует
Ки.м = Ми/
Qр.
где: Ми = 3520 кг;
Qр.= 4300 кг [6];
2.3. Критерий расхода энергии.
При изготовлении и эксплуатации ТО, как правило, расходуется определённое количество энергии. В связи с этим существует и действует критерий расхода энергии, это отношение мощности потребляемой ТО к его главному показателю эффективности.
Поскольку
большинство конструктивных
где: =0,2 кВт/час – потребляемая электрическая энергия;
= Нс /Д – коэффициент заполнения аппарата. Нс – высота заполнения аппарата сырьем, м. (Нс /Н = 0,75÷0,85)
- коэффициент
потребляемой энергии на
Критерий является монотонно возрастающей функцией, которая принимает значения в интервале 0< <1.
кВт/кВт
2.4. Критерий габаритных размеров ТО.
Снижение габаритных размеров
ТО и его элементов можно
получить выполнением
-- уменьшение площади и объёма зданий и помещений в которых находятся ТО;
-- уменьшение
площади земли, занимаемой
-- сокращение расходов по защите ТО (расходы на материалы корпуса, кожуха и т.п.) и уходу за ними;
-- сокращение расходов по транспортированию ТО.
Критерий габаритных размеров
равен отношению основных
где: V- объем аппарата, м3
V= f ∙ H = 6,15 ∙ 27 =166,05 м3 (2.12)
м3/ м3∙час
3. Описание конструкции насадочного абсорбера
Аппарат предназначен для поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).
Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой — твердыми телами различной формы.
В насадочной колонне (рис 1.) 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) жидкостью.
Рисунок 1. Насадочный абсорбер:
1 – насадки, 2 – опорная решетка, 3 – распределитель жидкости, 4 – перераспределитель жидкости.
В насадочной колонне насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение 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 4.
Гидродинамические режимы. Насадочные абсорберы могут работать в различных гидродинамических режимах. Эти режимы видны из графика (рис. 2), выражающего зависимость гидравлического сопротивления орошаемой насадки от фиктивной скорости газа в колонне.
Первый режим — пленочный — наблюдается при небольших плотностях орошения и малых скоростях газа. Количество задерживаемой в насадке жидкости при этом режиме практически не зависит от скорости газа. Пленочный режим заканчивается в первой переходной точке (точка А, рис. 2), называемой точкой подвисания.
Рисунок 2. Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа в колонне:
1 – сухая насадка, 2 – орошаемая насадка
Второй режим — режим подвисания. При противотоке фаз вследствие увеличения сил трения газа о жидкость на поверхности соприкосновения фаз происходит торможение жидкости газовым потоком. В результате этого скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой в насадке жидкости увеличиваются. В режиме подвисания с возрастанием скорости газа увеличивается смоченная поверхность насадки и соответственно — интенсивность процесса массопередачи. Этот режим заканчивается во второй переходной точке В, причем в режиме подвисания спокойное течение пленки нарушается: появляются завихрения, брызги, т. е. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интенсивности массообмена.
Третий режим — режим
эмульгирования — возникает в
результате накопления жидкости в свободном
объеме насадки. Накопление жидкости происходит
до тех пор, пока сила трения между
стекающей жидкостью и
Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн, прежде всего за счет увеличения поверхности контакта фаз, которая в этом случае определяется не только (и не столько) геометрической поверхностью насадки, а поверхностью пузырьков и струй газа в жидкости, заполняющей весь свободный объем насадки. Однако при работе колонны в таком режиме ее гидравлическое сопротивление относительно велико.
В режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах абсорбции, проводимых при повышенных давлениях). Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, гидравлическое сопротивление может оказаться недопустимо большим, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому наиболее эффективный гидродинамический режим в каждом конкретном случае можно установить только путем технико-экономического расчета.
Рисунок 3. Эмульгационная насадочная колонна
1 – колонна, 2 – гидравлический затвор, 3 – вентиль, 4 – распределительная тарелка.
В обычных насадочных колоннах
поддержание режима эмульгирования
представляет большие трудности. Имеется
специальная конструкция
Четвертый режим — режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым потоком. Этот режим на практике не используется.
Рисунок 4. Принципиальная система абсорбционной установки:
1- вентилятор (газодувка); 2 – абсорбер; 3 – брызгоотбойник; 4, 6 – оросители; 5 – холодильник; 7 – десорбер; 8 – куб десорбера; 9, 13 – емкости дл абсорбента; 10, 12 – насосы; 11 – теплообменник-рекупелятор
На рисунке 4 дана схема абсорбционной установки. Газ на абсорбцию подается газодувкой 1 в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или тарелки). Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Очищенный газ, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7, после предварительного подогрева в теплообменнике-рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится в кубе 8, обогреваемом, как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 11, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.
4. Выбор конструкционных материалов аппарата
В качестве конструкционных материалов для изготовления аппаратов выбираем листовой прокат, а для изготовления патрубков - трубный прокат.
Основным критерием
при выборе конструкционного
материала для химической
Среда в колонне - вода, температура рабочей среды 20°С, давление - 0,02 МПа. В теплообменнике - в трубном пространстве пар, в межтрубном вода, которые малоагрессивны.
Выбираем материал для изготовления аппаратов в целом, - Сталь 20 по ГОСТ 380-88. Эта сталь хорошо свариваемая, обладает хорошей коррозионной стойкостью в данной среде. Способ сварки для днищ с обечайкой – стыковкой, выполненный ручной дуговой сваркой.
Для сварки патрубков,
фланцев к корпусу аппарата
выбираем так же способ, вручную
электродуговой сваркой. Тип
5. Описание технологии изготовления аппарата.
Основными частями любого насадочного абсорбера являются корпус и контактные устройства (насадка). На изготовление и сборку колонных аппаратов распространяются требования ОСТ 26.231-79.
Технологический процесс сборки и сварки колонной аппаратуры состоит из следующих технологических операций:
сборка и сварка секций корпуса; сборка корпуса колонны; разметка корпуса; установка деталей и сборочных единиц тарелок и других элементов внутренней начинки, привариваемых к корпусу; сборка нижнего днища и корпуса вертикальной опоры; контроль положения привариваемых внутренних деталей колонны и их сварки с корпусом; установка и приварка штуцеров, люков и муфт к корпусу колонны; установка съемных деталей и сборочных единиц внутренних элементов колонны. Сборка и сварка частей корпуса колонны, испытание, отделка и подготовка колонны к отгрузке или монтажу в случае до изготовления колонны на монтажной площадке.
Сборка и сварка секций корпуса колонны. При разбивке корпуса колонны на секции учитываются следующие факторы: секции по длине должны быть транспортабельны по железным дорогам; вес секции колонны без установленных съемных деталей не должен превышать грузоподъемные возможности завода-изготовителя и предприятия-заказчика.
Обечайки, поступающие на сборку, должны быть изготовлены в соответствии с техническими требованиями и иметь механически обработанные и разделанные под сварку, согласно чертежу, кромки.
Сборка секций выполняется последовательным наращиванием обечаек согласно карте раскроя корпуса на стенде сборки кольцевых стыков.
Перед выполнением операций сборки секций корпуса проводят контрольную проверку точности установки роликоопор стенда сборки кольцевых стыков обечаек.
При сборке секций должны быть обеспечены следующие требования: отклонение по длине не должно превышать ±25 мм, так как для всего аппарата, допускаемое отклонение составляет ±75 мм; непрямолинейность не должна выходить за пределы 10 мм; расположение продольных швов обечаек должно исключать возможность попадания люков и штуцеров диаметром более 150 мм на продольные швы обечаек; для обеспечения этого требования при сборке секций корпуса необходимо строго соблюдать расположение продольных швов, указанное в карте раскроя корпуса; смещение кромок в кольцевых стыках секций корпуса не должно быть более 5 мм.
Установка наружной арматуры. После разметки корпуса производится вырезка отверстий для установки люков, штуцеров, муфт и других элементов арматуры колонны. Вырезку отверстий под люки и штуцеры, расположенные вблизи от стыков днищ с корпусом и от монтажных стыков, производят после приварки днищ к корпусу и сварки монтажного стыка. Этим устраняется влияние местной деформации корпуса, связанной с большим объемом металла, наплавленного при сварке. После сборки арматуры сваривают внутренние швы соединения арматуры с корпусом колонны. Чтобы уменьшить влияние деформации от наплавленного металла сварных швов на точность корпуса, сварку наружных швов соединений производят после установки и приварки внутренних несъемных деталей и сборочной единицы – насадки.
Исключение составляют те
сварные соединения штуцеров и муфт,
которые перекрываются при
Сборка корпуса с днищами и опорой. Перед установкой днищ в корпусе колонны должны быть установлены съемные детали, включая насадку и другое оборудование, которые будут мешать сборке и сварке днищ с корпусом и монтажных стыков. Верхнее и нижнее днища поступают на сборку собранные, сваренные и отделанные согласно чертежу. Обязательно кернение рисок главных осей в местах стыковки днищ.
После установки и приварки днищ с корпуса колонны удаляются калибровочные и бандажные кольца. Подкладные обечайки сохраняются обычно для обеспечения сборки и сварки стыков на монтаже и удаляются только перед заключительным гидроиспытанием колонны.
После сборки корпуса колонны с опорой аппарат должен отвечать следующим требованиям: кривизна не более 30 мм, отклонение длины корпуса не должно превышать 0,3% от номинальной длины и быть не более ± 75 мм; непараллельность нижнего торца опоры контрольным рискам на корпусе колонны не должна превышать 5 мм [7].
Вывод.
В данной курсовой работе был создан насадочный абсорбер, полно отвечающий потребностям химической промышленности, дающий наибольший экономический эффект и обладающий наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.
Главными показателями аппарата являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малая масса и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий ресурс долговечности и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.
В конструкции колонны соблюдены требования технической эстетики. Аппарат имеет красивый внешний вид, изящную строгую отделку
Список литературы.
- . Орлов Л.И. Основы конструирова
ния.- М. : Машиностроение, 1974. т. 1-623 с. - . Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. Учеб.пособие для студентов вузов. М.Машиностр. 1998-368 с.
- . Телленс Я.Ф. Работа конструктора М. Машиностроение 1985-496 с.
- . Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Л:Машиностр. 1981-382 с.
5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л., Химия, 1976. 552 с.
6. Дытнерский Ю. И. Хим. и нефт. машиностроение, 1964, № 3.
7. Ткачев
А.Г. Технология