Вариант 2

Используя результаты расчета по варианту 1 рассчитаем процесс дегазации ПВХ в ус-

ловиях барботажа суспензии в емкостном дегазаторе паром. Лимитирующую стадию про-

цесса определим по соотношению (3.23), приняв приведенную скорость пара (на сечение со-

суда) wг = 0,04 м/с и величину диссипируемой в жидкой фазе мощности E =1 Вт/кг.

Для расчета объемного коэффициента массоотдачи в жидкой фазе воспользуемся формулой, рекомендованной в [27],

Поверхностный коэффициент массоотдачи связан с объемным коэффициентом

где ρж = ρс.

Подставив βж в соотношение (3.23), получим

т.е. процесс дегазации лимитируется массопередачей в твердой фазе ПВХ и для расчета сле-

дует использовать уравнение (3.15).

Время обработки суспензии в аппарате

τ = Gт* / Gт = 21 000 / 3,08 = 6 820 с .

Конечная концентрация ВХ в ПВХ по уравнению (3.15) составляет

Ск = Со exp(-0,2K оt) = 0,0247 exp(-0,2 ×1,22 ×10 −2 × 6 820) = 1,46 ×10 −9 .

Таким образом, в барботажном режиме обработки суспензии достигается практически полная дегазация ПВХ.

3.4.2. Расчет колонны дегазации

Рассчитать колонну барботажного типа с ситчатыми тарелками для дегазации суспен-

зии ПВХ марки ПВХ-С-6358-М по ГОСТ 14332-78 по следующим исходным данным:

производительность по ПВХ Gт = 10 т/ч;

состав суспензии по жидкой и твердой фазам:

вода xв = 0,68,

ПВХ xт = 0,32;

температура суспензии

на входе t1 = 95оС,

на выходе t2 = 115оС;

температура пара в колонне:

внизу (на входе) tп1 = 115оС,

104

вверху (на выходе) tп2 = 105оС;

концентрация ВХ в ПВХ начальная С1= 1·10–3 (1 000 ррm);

требуемая конечная концентрация ВХ в ПВХ C2 = 1·10–5 (10 ррm).

Р е ш е н и е

Массовый расход суспензии на входе

Плотность суспензии при начальной температуре t1 = 95оС

где ρв= 962 кг/м3 – плотность воды [3]; ρт = 1400 кг/м3 – плотность полимерной фазы ПВХ.

Объемный расход суспензии в верху колонны

Для нахождения расхода продувочного пара выполним гидравлический расчет колон-

ны с барботажными тарелками (см. п. 3.3). Скорость суспензии в сливных устройствах при-

нимаем такой же, как для жидкостей средней степени вспенивания [23] wсл = 0,095 м/с. То-

гда площадь сечения сливного канала

ны диаметром D = 1 400 мм.

Расстояние между тарелками принимаем по рекомендации [26] H т = 0,5 м.

Рабочую скорость парогазовой смеси определим из графических зависимостей к.п.д.

различных типов тарелок от комплекса wр ρп [4]. Для ситчатых тарелок диапазон опти-

мальных условий работы лежит в пределах значений комплекса от 0,5 до 1,5. Принимаем комплекс wр rп =1. Плотность парогазовой смеси ввиду малой концентрации ВХ принима-

ем равной плотности чистого водяного пара. При tп2 = 105оС ρп = 0,704 кг/м3 [3], тогда wр = 1/ rп = 1/ 0,704 » 1,2 м/с.

Расход пара в верхней части колонны:

- объемный Vп2 = pD2wр / 4 = 3,14 ×1,42 ×1,2 / 4 =1,85 м3/с;

105

- массовый G2 = Vп2 rп2 = 1,85 × 0,704 = 1,30 кг/с.

Для решения уравнений материального и теплового балансов (3.1) – (3.4) определим массовые расходы компонентов суспензии на входе в колонну:

- воды W1 = Gc xв = 8,68 × 0,68 = 5,90 кг/с; - ПВХ Gт = Gc xт = 8,68 × 0,32 = 2,78 кг/с;

- ВХ, растворенного в полимерной фазе, Gмт1 = GтС1 = 2,78 ×1×10−3 = 2,78 ×10−3 кг/с; - ВХ, растворенного в водной фазе (из условия X1 »0,1С1 =0,1×1×10−3 =1×10−4),

Gмв1 =W1 X1 = 5,9 ×1×10−4 = 5,9 ×10− 4 кг/с;

- ВХ, поступающего в колонну с суспензией,

Gм1 = Gмт1 + Gмв1 = 2,78 ×10−3 + 5,9 ×10−4 = 3,37 ×10−3 кг/с.

Расход ВХ, растворенного в ПВХ, на выходе из колонны

Gмт 2 = G тС2 = 2,78 ×1 ×10 − 5 = 2,78 ×10 − 5 кг/с.

Расход ВХ, растворенного в водной фазе суспензии, на выходе примем, ориентируясь на практические данные [1], в 20 раз меньше (такая оценка для области малых концентраций не внесет значимой погрешности в конечные результаты расчета), т.е.

Равновесное давление ВХ найдем из уравнения (3.5):

106

бытком достаточно для процесса дегазации ПВХ. Поэтому с целью экономии пара целесооб-

разно уменьшить его рабочую скорость в пределах, допустимых для устойчивой работы сит-

на величины приведенных теплоемкостей, примем, что они имеют постоянные значения,

Объемный расход пара в нижней части колонны

107

Для расчета высоты слоя светлой жидкости на тарелке h0 определим величины пара-

метров формулы (3.34) при усредненных условиях процесса ( tс = 105оС, tп = 110оС).

Объемный расход суспензии

Линейная плотность орошения

q= Vc = 8,16 ×10−3 ×3600 = 34,2 м2/ч.

П0,86

Скорость пара в рабочем сечении тарелки

где Ф = Gт /(rтVc ) = 10 /(3600 ×1400 ×8,16 ×10−3 ) = 0,243 – объемная доля твердой фазы в суспензии; mв = 0,269 ×10−3 – динамическая вязкость жидкой фазы (воды).

Поверхностное натяжение воды sв = 5,79 ×10−2 Н/м [3], суспензии (со стабилизато-

ром эмульсии МЦ) sж = 6 ×10−3 Н/м (см. пп. 2.3.1).

Учитывая внутридиффузионный характер процесса, принимаем высоту сливного по-

Для оценки величины уноса суспензии с паровой фазой рассчитаем последовательно: - среднюю скорость пара в сечении колонны

108

wp = wFp /(0,785D 2 ) = 0,856 ×1,368 /(0,785 ×1,42 ) = 0,76 м/с;

что допустимо (допускается унос У £ 0,1).

Объем суспензии на тарелке Vж1 = Fp hо = 1,368 × 0,047 = 0,064 м3.

Время пребывания суспензии на тарелке

t1 = Vж1 / Vc = 0,064 / 8,16 ×10 − 3 = 7,84 с.

Для расчета кинетически необходимого времени дегазации суспензии по уравнению

(3.15) определим структурные характеристики ПВХ-С-6358-М. Для этой марки ПВХ, соглас-

но ГОСТ 14332-78, масса поглощенного пластификатора aпл = 18 г/100 г ПВХ и время по-

глощения пластификатора τпл = 15 мин. Пористость ПВХ рассчитаем по формуле (2.16):

109

Из уравнения (3.15) рассчитаем кинетически необходимое время процесса дегазации

Для колонны диаметром 1400 мм рекомендуют [4] принимать высоту сепарационной части Hсеп = 800 мм, высоту кубовой части Hкуб = 2 000 мм. Общая высота колонны

H = (nт −1)Нт + Нсеп + Нкуб = (30 −1)0,5 + 0,8 + 2 = 17,3 м.

110

112

Рис. 4.1. Принципиальная технологическая схема стадии выделения ПВХ из суспензии:

1 – теплообменник спиральный; 2 – коркоотделитель; 3 – контейнер; 4 – тележка; 5 – сборник суспензии; 6, 11 – насосы; 7 – фильтр сетчатый; 8 – расширитель; 9 – центрифуга; 10 – сборник маточника