Реконструкция основного оборудования отделения абсорбции

мм на склад. Сигнал о превашения уровня в сборнике идёт от первичного

уровнемера-сигнализатора верхнего уровня ВУ(15). Сигнал поступает на щит

управления, а затем, при необходимости подачи олеума на склад, на

управляющий клапан 3. Открытие клапана происходит на щите управления. Так

же происходит регулирование уровня в сборнике моногидрата. Поддерживают

уровень моногидрата с помощью первичного уровнемера. Если уровень ниже 1680

мм, то с помощь управляющего клапана 17 и 19 добавляют в систему олеума.

При достижении в сборнике моногидрата верхнего уровня подаётся сигнал на

щит управления и по месту открывают клапан 23 и моногидрат идёт в сборник

сушильной башни.

Так же на схеме измеряется концентрация олеума выходящего из олеумного

абсорбера. Она должна составлять 16-26% свободного SO3.

Измерение концентрации происходит первичным измерительным прибором -

датчиком концентратомеров, подающим сигнал на вторичный электроприбор,

находящийся на щите управления процессом. При большой концентрации олеума

подаётся сигнал на регулирующий клапан 5, который открывает трубопровод

для подачи моногидрата для разбавления олеума.

Таким же образом измеряется концентрация моногидрата после моногидратного

абсорбера. При увеличении концентрации моногидрата после абсорберов сигнал

подаётся на управляющий клапан и через который в сборник моногидрата Е7,

для его разбавления, поступает купоросное масло из мастерской №3. Так же на

схеме регистрируется зависимость воды, охлаждающей в холодильнике Т4, Т5

олеум и моногидрат. Сигнал о превышении закислённости подаётся от первичных

приборов на вторичные приборы на щите управления процессом.

2.2.3. Спецификация контрольно-измерительных и регулирующих приборов

Наименование, тип прибора, номинальное значение измерительного параметра

приведены в таблице 2.2

Таблица 2.2

Спецификация контрольно-измерительных и регулирующих приборов

|Измерительный |Пози |Наименование |Тип |Номи |Кол |Место |

|Или регулирующий |цион |и техническая |при- |наль |во |устано |

|Параметр |нное |характеристика |бора |ное | |вки |

| |обоз |прибора | |Ззач | | |

| |наче | | |ение | | |

| |ние | | |пара | | |

| | | | |метра | | |

|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |

|Управление |1а |Пусковая аппаратура|Магни | | |На |

| | |для управления |Тный | | |двига |

| | |электродвигате |Пуска |- |1 |Теле |

| | |Лем |Тель | | |По |

| | | | | | |Месту |

| | | |Кнопка| | | |

| | |Аппаратура | | | | |

| |1б |предназначенная для| |- |2 |По |

| |1в |ручного управления | | | |месту |

| | |(вкл и выкл | | | | |

| | |двигателя) | | | | |

| | | | | | | |

|Уровень |2а |Измерение уровня |ММН-24|0,6 |1 |По |

| | |однотрубный |0 | | |месту |

| | |чашечный манометр | | | |(на |

| | |дифманометр | | | |площадк|

| | | | | | |е) |

| |2б | |ДМ-6 |- |1 |На щите|

| | |регистрирующие | | | | |

| | |самопишущие электро| | | | |

| |2в |диф. Трансф. |0.4-МС|- |1 |По |

| | |Приборы |С-410 | | |месту |

| | |байпасная панель |(КСД) | | | |

| | |дистационного |БПВЩ-2| | | |

| | |управления | | | | |

| |2в | | |- |1 |На щите|

| | | | | | | |

| | | | | | | |

|Концентрация |3а |Датчики |КНЧ-1-|16-26% |1 |Кислото|

| | |концентратомеров |1 | | |провод |

| | |Вторичный | |- | |На щите|

| |3б |электроприбор |ЭПИД | |1 | |

| | |Байпасная панель | |- | |На щите|

| |3в |дистационного |БПДУ-А| |1 | |

| | |управления | | | | |

| | |Датчик | | | | |

| | |концентратомеров | |- | |По |

| |4а |Вторичный |КНЧ-1-| |1 |месту |

| | |элетроприбор |1 | | | |

| | |Байпасная панель | |- | |На щите|

| |4б |дистационного |ЭПИД | |1 | |

| | |управления | |- | |На щите|

| |4в |(управление |БПДУ-А| |1 | |

| | |клапаном) | | | | |

| | | | | | | |

| | | | | | | |

|Температура |5а |Термометр |V.22 |50(C |1 |На |

| | |сопртивления | | | |труборо|

| | |платиновый | | | |вод |

| |5б |Термометр |V.22 |150(С |1 |На |

| | |сопротивления | | | |газоход|

| | |платиновый | | | |е |

| |5ж |Логометры |ППр-53|100(С |1 |На щите|

| | | | | | | |

| |5в |Термометр |V.22 |100(С |1 |На |

| | |сопротивления | | | |трубопр|

| | |платиновый | | | |оводе |

| | | | | | |На |

| |5г |Термометр |V.22 |100(С |1 |трубопр|

| | |сопротивления | | | |оводе |

| | |платиновый | | | |На |

| | | | | | |трубопр|

| |5д |Термометр |V.22 |100(С |1 |оводе |

| | |сопротивления | | | |На |

| | |платиновый | | | |трубопр|

| | | | | | |оводе |

| |5е |Термометр |V.22 |50(С |1 | |

| | |сопротивления | | | | |

| | |платиновый | | | | |

|Управление |6а |Пусковая аппаратура|Магнит|- |1 |На |

| | |электродвигателя |ный | | |двигате|

| | | |пускат| | |ле по |

| | | |ель | | |месту |

| | |Аппаратура для |Кнопка| | | |

| | |ручного | | | |По |

| |6б, |дистационного | |- |2 |месту |

| |6в |управления (вкл., | | | | |

| | |выкл.) | | | | |

|Уровень |7а |Однотрубный |ММН-24|0,6 |1 |По |

| | |чашечный манометр |0 | | |месту |

| | |Регистрирующий | | | | |

| |7б |самопишущий |0,4-МС|- |1 |На щите|

| | |манометр |С-410 | | | |

| | |Напорные трубки |ТН |- |1 |На щите|

| |8а |Регулирующий | | | | |

| | |самопишущий электро|0,4-МС| | | |

| |8б |диф. Трансф. Прибор|С-410 |- |1 |На щите|

| | | | | | | |

| | |Байпасная панель |БПДУ-А| | | |

| | |дистационног | | | | |

| |8г |управления | |- |1 |На щите|

| | |Сигнализаторы | | | | |

| | |электро проводности|СКУ-3 | | | |

| | |(закислённости | | | | |

| |9а |воды) | |0,2-0,0|1 |На |

| | |Вторичный | |8 | |трубопр|

| | |электроприбор |ЭПИД | | |оводе |

| | |Переключатель | | | | |

| | |электроцепей |Кнопка| | |На щите|

| |9б |управления клапаном| |- |1 | |

| | | | | | |На |

| |10а |Сигнализаторы | |- |1 |трубопр|

| | |заземлённости воды |СКУ-3 | | |оводе |

| | |(электропроводность| | | |На |

| | |) | | | |трубопр|

| |11а |Вторичный | |0,2-0,0|1 |оводе |

| | |электроприбор |ЭПИД |01 | | |

| | | | | | |На щите|

| | | | | | | |

| | | | | | | |

| |11б | | |- |1 | |

|Управление |12а |Пусковая аппаратура|Магнит|- |1 |На |

| | |электродвигателя |ный | | |двигате|

| | | |пускат| | |ле |

| | | |ель | | | |

| | |Аппаратура для |Кнопка| | | |

| | |ручного | | | | |

| |12б, |дистационного | |- |2 |По |

| |12в |управления (вкл., | | | |месту |

| | |выкл.) | | | | |

| | | | | | | |

|Уровень |13а |Сигнализатор |7В-1 |- |1 | |

| | |верхнего уровня |МЭСУ-1| | | |

| | |Регистрирующий |13 | | | |

| |13б |самопишущий |0,4-ММ| | | |

| | |манометр |С-410 | | | |

|Управление |14а |Переключатель |Кнопка|- |1 |На |

| | |электрических цепей| | | |месте |

|Температура |15а |Термометр |V.22 |- |1 |Газоход|

| | |сопротивления | | | | |

| | |платиновый | | | | |

| |15б |Логометр |ЛПр-53|- |1 |На щите|

3. Технологический расчёт проектируемого оборудования

3.1. Расчёт олеумного абсорбера

1. Данные для расчёта:

Распад газа на входе: 20589,72 мм3/ч (29946,8 кг/ч)

Состав:

SO3 – 1616,04м3/ч (5771,4 кг/ч), 7,85%(об)

SO3 – 67,3 нм3/ч (192,4 кг/ч), 0,32%(об)

О2 – 1964,5 нм3/ч (2806,5 кг/ч), 9,54%(об)

N2 – 16939,78 нм3/ч (21174,8 кг/ч), 82,28%(об)

H2O – 2,14 нм3/ч (1,7 кг/ч), 0,01%(об)

2. Материальный баланс абсорбера

Олеумный абсорбер состоит из двух элементов; форсуночного скруббера Вентури

и плёночного теплообменника для отвода тепла абсорбции. Заданная степень

абсорбции в двух аппаратах: 80%. Степень абсорбции в абсорбере Вентури –

70% (см. рис. 1)

При степени абсорбции 80% из 5771,4 кг/ч SO3, подаваемой в установку,

абсорбируется:

В составе отходящих газов из абсорбера имеем:

или 323,2 нм3/час.

В скруббере Вентури улавливается:

В газах выходящих из скруббера Вентури содержится:

На орошение скруббера Вентури подаётся 98% серная кислота, которая содержит

80%(масс.) триоксида серы и 20% воды. Так как в результате абсорбции должен

образовываться 20% олеум, который содержит 85,3% SO3 и 14,7 H2O (масс.),

количество кислоты, подаваемой на орошение может быть расчитано из

уравнения:

[pic]=0,8 содержание триоксида серы в 98%-ой кислоте;

[pic]=0,853 содержание триоксида серы в 20%-ом олеуме.

Отсюда:

3. Размеры аппарата.

Основные размеры аппарата определяем следующим образом:

Начальная концентрация SO3 в газе

Gин – количество газа – инерта, кг/ч.

Концентрация SO3 в газе после скруббера Вентури:

Равновесным значением концентрации над серной кислотой можно пренебречь.

Парциальное давление SO3 над олеумом 9 мм.рт.ст.

Тогда y*=9/760=0,012

Мсм – молекулярная масса смеси:

Число единиц переноса в абсорбере:

C другой стороны для абсорберов Вентури:

где w0-скорость газа в горловине, м/с;

qуд-удельная плотность орошения, л/м3;

A, m, n – коэффициенты. Для системы SO3 – H2SO4:

A=0,375 ; m=0,49; n=0,54 [8]

(ж – плотность жидкости (кислоты), (ж=1830 кг/м3 [11]

Тогда скорость газа в горловине трубы Вентури:

сечение горловины:

Диаметр горловины:

Выбираем трубу Вентури с типоразмерами ТВПВ-0,100.

Основные размеры: [5]

d0=370 мм

hr=0,15d0=55,5 мм

D1=1,120 м

D2=1,000 м

H2=5,150 м

H3=1,480 м

Действительная скорость газа в горловине:

Тепловой баланс

Тепло абсорбции в абсорбере:

[pic]содержание воды в поступающей кислоте [9]

qол, q98% - теплота образования кислоты при температуре 55(С.

q98% = 1669ккал/кг H2O=6933,11кДж/кг H2O

qол = 2046ккал/кг H2O=8572,74кДж/кг H2O

Таким образом, в теплообменнике нужно будет отвести 1123,8 кВт теплоты.

Гидравлический расчёт

Массовая скорость жидкости к сечению горловины рассчитывается следующим

образом:

Для сухой трубы Вентури сопротивление находим по формуле [8].

(с = 0,2 – коэффициент сопротивления.

(Г – плотность газа в абсорбере, кг/м3.

Сопротивление орошаемого скруббера:

2. Расчёт абсорбера – теплообменника

За счёт выделившегося в ходе абсорбции тепла Q=1123,8 кВт орошающая кислота

разогревается.

Нагрев кислоты составит:

LH, LK – начальное и конечное количество жидкой фазы:

С98%, Сол – теплоёмкость 98% кислоты и образующегося 20% олеума.

С98%=0,342ккал/кг*град=1,433кДж/кг*К

Сол=0,340ккал/кг*град=1,425кДж/кг*К

За основу абсорбера – теплообменника принимаем кожухотрубчатый

теплообменник с диаметром кожуха 1 м, трубками 38х2,5 мм. Для шахматного

варианта разбивки трубного пучка принимаем нормализованный шаг.

Основные параметры решётки:

Количество трубок по диагонали шестиугольника:

Принимаем в=17.

Количество трубок на стороне шестиугольника:

А=(в+1)/2=(17+1)/2=9

Число трубок в зоне шестиугольника:

N=3a(a-1)+1=3*9(9-1)+1=217шт

Предварительная прорисовка трубной решётки показала, что на ней можно

разместить 317 трубок.

Смоченный периметр трубок

П=3.14*d*n=3,14*0,033*317=32,86м

Площадь сечения трубного пространства:

Минимальная плотность орошения в плёночном абсорбере для обеспечения

смоченности внутренней поверхности трубок:

(Ж=10,4мПа – вязкость олеума при 60С

(=70 мН/м – поверхностное натяжение олеума [9]

Тогда, количество жидкости, необходимой для орошения теплообменника:

Таким образом, необходимо дополнительно подать не менее Lдоп=64514-

16846=47668кг/ч

Общая температура олеума на входе в абсорбер – теплообменник, за счёт

смещения с дополнительным количеством олеума, подаваемого при 30С из

уравнения:

Пусть охлаждающая вода в теплообменнике нагревается с 20С до 25С. Тогда

средняя разность температур:

65,3 25 (tб=40,3С

[pic]

30 20 (tм=10С

Примем предварительно значение коэффициента теплопередачи в абсорбере –

теплообменнике К=750 Вт/м2К. Тогда необходимая поверхность теплообмена

составит:

Тогда длина трубки теплообменника предварительно:

Принимаем l=2м.

Количество газа в аппарате при его средней температуре:

V0=20589,72-0,8-1616,04=19296,8 нм3/ч

Объёмный расход газа в теплообменнике.

Скорость газа в трубках теплообменника:

Плотность орошения трубного пространства (объёмная):

(ж=1880 кг/м3 – плотность олеума при 40С [9]

Критерий плёнки жидкости:

Критерий Рейнольдса газа:

где (Г=0,021*10-3Па*с – вязкость газа

(Г-плотность газа 19296,8/11597,5=1,7 кг/м3

Критерий Прандтля плёнки при t=40С:

где СОЛ=1425 Дж/кгК - теплоёмкость олеума.

(Ж=15,4*10-3Па*с – вязкость олеума при 40С

(Ж=0,3ккал/м*ч*град=0,349Вт/м*град.

Критерий Нуссельта модифицированный:

Коэффициент теплоотдачи:

где (=(Ж/(Ж=15,4*10-3/1840=8,37*10-6 м2/с

Количество охлаждающей воды:

VВ=0,054 м3/с

Диаметр штуцера при w=1,5 м/с принимаем dу=200мм

Проход по межтрубному пространству при размещении перегородок с шагом 0,3

м:

Критерий Нуссельта для межтрубного пространства [11]

((=0,6 – коэффициент учитывающий угол атаки.

PrВ=(CB(B)/(B=6,5 – критерий Прандтля для охлаждающей воды при её средней

температуре 22,5 С.

Prcт=5,3 – критерий Прандтля при средней температуре стенки.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

где (В=0,618

Коэффициент теплопередачи:

где (ст=17,5 Вт/мК – теплопроводность стенки

rB=5,55*10-4 м2К/Вт – загрязнённость со стороны воды

Уточняем поверхность теплообмена:

Длина трубок теплообменника:

принимаем l=4 м.

4. Прочностной расчёт основных элементов оборудования

4.1. Прочностной расчёт трубы Вентури

1. Данные для расчёта:

Давление расчётное PR=0,11Мпа

Температура расчётная tR=100C

2. Расчёт конической обечайки диффузора:

Допускаемое напряжение при 20 С:

[(]20=140Мпа, при 100 С [(]t=130Мпа

Пробное давление при гидроиспытании

Толщина стенки обечайки:

где DК=1м – расчётный диаметр конической обечайки;

(Р=1 – коэффициент сварного шва;

(1=3,5( - угол конусности.

С учётом прибавки на коррозию

SK=SKR+C=0,4+2=2,4мм

Окончательно принимаем SK=4мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Так как PR и Рпр < [P], условие прочности выполняется.

3. Расчёт конической обечайки конфузора.

Где DK=1,2м расчётный диаметр обечайки;

(1 – угол конусности 14(

Принимаем окончательно SK=4 мм

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

Условие прочности выполняется.

4. Расчёт фланцевого соединения.

1. Исходные данные S=4мм, D=1м, PR=0,11Мпа, tR=100C

Фланец плоско приварной для аппаратов, болты ВСт5

Прокладка – плоская, неметаллическая, фторопласт.

Диаметр болтов М20.

2. Расчётная температура фланцевого соединения.

3. Диаметр болтовой окружности

Принимаем DБ=1090мм.

4. Наружный диаметр фланца

5. Наружный диаметр прокладки

6. Средний диаметр прокладки

7. Эффективная ширина прокладки

8. Расчётные параметры прокладок

9. Ориентировочное число болтов

Принимаем

10. Ориентировочная толщина фланца

Принимаем

11. Безразмерные параметры

12. Угловая податливость фланца

Где Еф=1,91*105Мпа – модуль продольной упругости материала фланца.

13. Линейная податливость прокладки

Еn=2000Мпа – модуль продольной упругости материала прокладки;

Sn=2мм – толщина прокладки;

14. Расчётная длина болта

Где lБ0 – длина болта между поверхностями головки болта и гайкой 65 мм.

15. Линейная податливость болтов

Где fБ=2,35*10-4 м2 – расчётная площадь поперечного сечения болта по

внутреннему диаметру резьбы;

ЕБ=1,99*105Мпа – модуль продольной упругости материала болта.

16. Параметры

17. Коэффициент жёсткости фланцевого соединения

18. Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего

избыточного давления.

19. Реакция прокладки в рабочих условиях

20. Усилие возникающее от температурных деформаций

21. Болтовая нагрузка в условиях монтажа

22. Болтовая нагрузка в рабочих условиях

23. Приведённые изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца

Расчётное значение M0=0,012 МН*М

24. Условие прочности болтов

Условие выполнено.

25. Условие прочности прокладки

Условие выполнено.

5. Расчёт форсунки

Зададимся давлением жидкости на входе в форсунку РВХ=1500кПа (15кгс/см2),

расход жидкости L=12806кг/ч=6,998м3/ч=6998л/ч, корневой угол факела 2(=60(,

физические свойства жидкости (=1830кг/м3, (=1,09*10-5м2/с=0,109см2/с.

Для величины корневого угла 2(=60(,находим (С=0,45 [6].

Страницы: 1, 2, 3, 4