1. Выбор конструкционного материала аппарата

При изготовлении аппаратов к конструкционным материалам предъявляются следующие требования:

1. Достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными концентрацией, температурой и давлением, при которых осуществляется технологический процесс, а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряжённых металлов в электролитах, коррозия под напряжением и др.);

2. Достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре технологического процесса, с учётом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т. п. и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т. д.);

3. Наилучшая способность материала свариваться с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений и коррозионной стойкости их в агрессивной среде, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться сгибу и т. п.;

4. Низкая стоимость материала, не дефицитность и освоенность её промышленностью. Необходимо стремиться применять двухслойные стали, неметаллические материалы, стали с покрытиями из неметаллических материалов.

Материал деталей колонны, соприкасающихся с разделительными жидкостями - сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, для остальных - сталь Ст3 ГОСТ 380 - 71.

2. Технологический расчет

Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.

Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи:

(1)

где - коэффициенты массопередачи по жидкой и газовой фазам, ;

М – количество вещества, переходящее из газовой смеси в жидкую фазу в единицу времени, ;

- средняя движущая сила процесса абсорбции по жидкой и газовой фазам, .

2.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Обозначим: A - абсорбтив, В – инертный газ, С – абсорбент; - начальная относительная массовая концентрация абсорбтива в газовой фазе; - конечная относительная массовая концентрация абсорбтива в газовой фазе; - начальная относительная массовая концентрация абсорбтива в жидкой фазе; - конечная относительная массовая концентрация абсорбтива в жидкой фазе.

Массу абсорбтива A (ацетона) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса:

M = G , (2)

где L, G - расходы чистого абсорбента (воды) и инертной части газа (воздуха), ;

- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (ацетона) в абсорбенте (воде), ;

- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (ацетона) в инертной части газа (воздухе), .

Пересчитаем мольные концентрации в относительные массовые концентрации по формуле:

(3)

где у - концентрация, выраженная в мольных долях, [%]; мольные массы абсорбтива (ацетона) и инертного газа (воздуха) .

;

Исходная концентрация ацетона в воде .

Конечная концентрация ацетона в поглотителе обусловливает его расход, а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.

Уравнение равновесной линии в относительных массовых концентрациях:

, (4)

где - коэффициент распределения.

(5)

где m=1,68 - для смеси ацетон-вода.

Уравнение равновесной линии .

(6)

Расход инертной части газа:

, (7)

где - плотность инертного газа (воздуха) при условиях в абсорбере, ;

- объемный расход инертного газа (воздуха) при условиях ( ) в абсорбере.

Приведем объемный расход воздуха к условиям в абсорбере:

(8)

где (по заданию); .

Пересчитаем плотность инертного газа (воздуха) на условия в абсорбере:

(9)

где - плотность воздуха при нормальных условиях

t - температура в абсорбере , ;

- нормальное давление (0,1 МПа);

P - давление в абсорбере, ;

= 1,293 - плотность воздуха при нормальных условиях;

.

Определим массовый расход воздуха по формуле (7):

.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии с уравнением (2):

M = G ..

Определим - минимальный расход абсорбента в соответствии с уравнением(6)

где .

Расход абсорбента (воды) принимаем из условия 10:

. (10)

Конечную относительную массовую концентрацию определяем из уравнения материального баланса (6):

Откуда конечная концентрация :

где - относительная массовая концентрация ацетона в жидкой фазе (воде), равновесная с концентрацией ацетона в газе, ; - начальная относительная массовая концентрация ацетона в воде ;

Тогда соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя:

(11)