Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к самостоятельной работе
.pdf
Y 0, 016
кг
X 0,0239
с
min
L
н к
G(Y Y )
с
нб*
н
YYY
км*
к
YYY
н
X
к
X
*
к
X
к
X
к н min к н
Х ) 1,5L (Х Х )
к
X
кг
X 0,0159
кг
*
Определим
Определим
н
к
m 0,67
– минимальный расход абсорбента из
уравнения
L
min
.
*
X
к
Расход абсорбента (воды) принимаем из условия:
143,5429,35,1L5,1L
min
B
2
1
D
A
Равновесная (1) и рабочая (2) линии процесса абсорбции;
АС – рабочая линия при
Конечную относительную массовую концентрацию
определяем из уравнения материального баланса:
min
:
M L (X
,
откуда конечная концентрация
.
кг
.
C
LL
min
_
X 0,5Х 0,0239
,
к
*
к н
1, 5 1,5
61
где
*
к
X
н
Х
0,994
н к
Y Y
н
Y
к
Y
нY
кг кг
кг /кг
кг /кг
кг
Y 0,00147
кг
– относительная массовая концентрация этанола в жидкой фазе
(воде), равновесная с концентрацией этанола в газе;
– начальная
относительная массовая концентрация этанола в воде.
Удельный расход поглотителя равен:
L 5,143
.
G 5,173
Расчет движущей силы процесса. В насадочных абсорберах
жидкая и газовая фаза движутся противотоком. Движущую силу
процесса определяем по уравнению /3/:
Y
где
и
ср
ln
– большая и меньшая движущие силы на входе потоков
,
Y
н
Y
к
в абсорбер и на выходе из него, кг /кг.
Значение
найдем по уравнению равновесной линии:
Y m X 0,67 0,0159 0,01065
.
н к
Движущая сила абсорбции внизу колонны:
Y Y Y 0,016 0,01065 0,00535
н н н
*
.
Движущая сила наверху колонны:
Y Y Y 0,000159 0,0 0, 000159
.
к к к
*
Средняя движущая сила процесса абсорбции:
Y Y 0,00519
ср
н к
Y
ln
Y
н
к
3,52
.
Фазовая диаграмма процесса абсорбции изображена на рисунке.
Расчет скорости газа и диаметра абсорбера. Определим
скорость в точке захлебывания или предельную скорость газа в
насадочном абсорбере:
2
где
W
lg
– скорость газа в точке захлебывания, м/с; – удельная
W
з
з
Vg
г
3
св
ж
поверхность насадки, м2/м3;
G
25,0
L
16,0
ж
V
св
BA
– доля свободного объема, м3/м3;
125,0
г
,
ж
62
,
W 3,68
З
W (0,3 0, 5) W
W 0,5 W 0,5 3,68 1,84
m
– плотность газа и жидкости соответственно, кг/м3;
жг
динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа.с;
B,A
ж
–
–
коэффициенты, зависящие от типа насадки; L, G – массовые расход
жидкости и газа соответственно, кг/с.
В рассматриваемом примере в качестве насадки используются
кольца Палля (стальные неупорядоченные).
Возьмем наиболее используемые кольца Палля размером
. Насадка из таких колец имеет следующие
)мм(6,02525
характеристики: =235 м2/м3;
=1,205 кг/м3;
г
ж
=0,9 м3/м3; dэ=0,015м.
V
св
=998 кг/м3 ;
=1,0 мПа·с; А=0,022 (для
ж
насадок из колец и спиралей); В=1,75 /3/.
Откуда
lg
2
з
З
3
м/с.
205,1235W
9989,081,9
16,0
75,1022,01
25,0
143,5
173,5
205,1
998
125,0
.
Рабочая скорость газа в насадочном абсорбере:
,
м/с.
З
Диаметр абсорбера находим по уравнению объемного расхода:
где
'
V4
0
D
'
V
– объемный расход воздуха при условиях в абсорбере, м3/с.
0
W
293,44
84,114,3
72,1
м,
Принимаем стандартный диаметр абсорбера 1,8 м и
пересчитываем W с учетом стандартного диаметра
W
V4
0
D
293,44
22
8,114,3
м/c.
687,1
Расчет коэффициентов массоотдачи и коэффициента
массопередачи. Коэффициент массопередачи Кy находим по уравнению
аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:
1
,
/m/1
ЖГ
где
и
Г
– коэффициенты массоотдачи в жидкой и газовой фазах
Ж
соответственно, кг/м2.с;
K
y
– коэффициент распределения.
63
Для газовой фазы /3/:
'
г
Nu
'
г
Pr
'
г
Pr
Па с
Re 1882
где
– диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы;
критерий Рейнольдса для газовой фазы;
655,0
PrRe407,0uN
,
ГГ
Г
– диффузионный критерий
Re –
Г
33,0
'
Прандтля для газовой фазы.
dNu
'
Г
D
где
м2/сек;
отсюда
– коэффициент диффузии этанола в газовой фазе (воздухе),
Г
d
– эквивалентный диаметр насадки, м;
э
407,0
y
Рейнольдса для газовой фазы в насадке;
эy
,
D
Г
D
Г
d
э
655,0
Г
33,0
'
,
PrRe
Г
– критерий
Re
Г
– диффузионный критерий
Прандтля для газовой фазы.
Критерий Рейнольдса:
dW
ГЭ
Re
Г
V
,
ГСВ
При небольших концентрациях абсорбтива в инертном газе
коэффициент вязкости
можно принять равным коэффициенту
Г
вязкости инертного газа. Коэффициент вязкости воздуха определяем по
6
рис. VI /3/, он равен
18 10
1, 687 0, 015 1, 205
Г
.
0,9 18 10
6
.
Критерий Прандтля:
Приведем
'
Г
D
к условиям в абсорбере:
Г
DD
ГГ
0
Г
DPr
ГГ
P
0
,
T
P
.
5,1
T
0
64
где
Pr 1,371
м / с.
'
ж
Pr
(табл. XLII /3/). Коэффициент диффузии
0
– коэффициент диффузии этанола в газовой фазе при 00С, м2/с
D
Г
D
абсорбтива в инертном
Г
газе можно также определить по выражению (6.20) /3/.
5,1
P
0
DD
ГГ
T
0
P
T
0
6
1102,10
293
273
5,1
26
сек/м1034,11
Определим критерий Прандтля:
6
18 10
'
Г
1, 205 11, 34 10
6
.
Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе:
0,407 2091 1,371 0, 049
y Г Г
11,34 10
d
6
D
0,407 Re Pr
0,655 ' 0,33
Г
э
0,655 0,33
0,015
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе
определим из
x
уравнения :
'
где
Re
жидкости;
'
– диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы;
Nu
ж
– критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки
ж
'
– диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы.
Pr
ж
Учитывая, что
D
где
– коэффициент диффузии этанола в жидкой фазе (воде), м2/сек;
ж
– приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;
пр
ж
'
Nu
, находим
ж
D
0021,0
x
75,0
ж
прx
ж
D
ж
ж
пр
,
PrRe0021,0Nu
ж
:
x
5,0
'
75,0
PrRe
,
ж
Re –
5,0
'
критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;
– диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы.
Определим критерий Рейнольдса:
.
ж
65
ж
ж
4
4
U4
Re
ж
где U – плотность орошения, м/с;
– удельная поверхность насадки, м2/м3;
ж
,
ж
– плотность жидкости, кг/м3;
– вязкость жидкости,
Па.с; φ – доля активной поверхности насадки.
Плотность орошения найдем по формуле:
U
L
,
S
ж
где L– массовый расход жидкого поглотителя (воды), кг/с;
плотность жидкости, кг/м3.
Площадь поперечного сечения абсорбера
22
D
S
8,114,3
2
м54,2
.
–
ж
Приведенную толщину стекающей пленки жидкости определим
по формуле:
Критерий Прандтля определим по формуле:
Коэффициент диффузии
формуле /3/:
U
Re
ж
пр
пр
001,0
2
ж
143,5
54,2998
99800203,04
001,0235
2
2
81,9998
'
ж
D этанола в воде определим по
12
104,7D
ж
2
g
ж
3/1
ж
DPr
жж
ж
,
с/м00203,0
.
48,34
3/1
.
.
5
м10678,4
5,0
T)М(
6,0
этж
.
,
66
где – параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;
2,6
эт
см моль
ж
см / моль
ср
K Y
cp
Y
/3 /; T – температура процесса абсорбции, К;
объем этанола,
3
; M – мольная масса растворителя (воды);
– мольный
– динамический коэффициент вязкости воды, мПа.с.
14,8 2 3,7 6 7,4 59, 2
;
эт
5,0
293)186,2(
12
104,7D
ж
6,0
2,591
3
29
.
с/м1028,1
Определим критерий Прандтля по формуле:
Pr
'
ж
001,0
9
1028,1998
8,782
.
Определим критерий массоотдачи в жидкой фазе
9
1028,1
0021,0
x
5
10678,4
55,075,0
с/м10288,28,78248,34
.
Выразим коэффициенты массоотдачи в выбранной для расчета
размерности:
2
см/кг059,0205,1049,0
ГУГ
жХЖ
;
25
см/кг0228,099810288,2
.
Найдем коэффициент массопередачи по газовой фазе
K
y
1
1
059,0
67,0
0228,0
2
см/кг022,0
Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера. В
соответствии с основным уравнением массопередачи поверхность
массопередачи в абсорбере можно определить по формуле:
F
M
y
,
где М – производительность абсорбера по поглощаемому компоненту,
кг/с;
K – коэффициент массопередачи по газовой фазе, кг/м
y
2.
с;
– средняя движущая сила процесса абсорбции, кг /кг.
F
0819,0
00147,0022,0
2
м47,2532
.
67
Высоту насадки, требуемую для создания этой поверхности
кДж кг К
кг ч
100 100
х 0,012 кг кг
кг кг
q 3750
массопередачи, рассчитаем по формуле:
H
F
,
S
где – удельная поверхность насадки, S – площадь поперечного
сечения колонны.
H
.
47,2532
95,023554,2
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Пример решения заданий 61–70
Рассчитать и выбрать нормализованную конвективную сушилку
барабанного типа с подъемно–лопастным перевалочным устройством
для высушивания селитры производительностью G
абсолютно сухому материалу) с начальной влажностью Wн = 8% мас.,
конечной – Wк = 0,2 % мас. Температура материала на входе в сушилку
– θн = 15ºС, на выходе – θк = 40ºС. Характеристика состояния воздуха:
на входе в калорифер t0 = 20ºС, φ0 = 0,8; на входе в сушилку – t1 =
100ºС, на выходе из сушилки – t2 = 50ºС. Напряжение по влаге А = 20
кг/м3ч. Удельная теплоемкость высушенного материала
C 1
м
. Размер частиц материала δ = 0,3 мм. Насыпная
плотность материала ρн = 900 кг/м3.
Определяем количество испаряемой влаги в процессе сушки
w w 8 0,2
W G 1500 117
.
cух
н к
м47,4
= 1500 кг/ч (по
сух
Строим сушильный процесс в теоретической сушилке по
диаграмме Рамзина (рисунок): т. А (t0 = 20, φ0 = 80%); т. В (t1 = 100 0C,
0
x 0,032
2
); т. С’ (l1 = 135 кДж/кг, t2 = 50 0C ); I0 = 60 кДж/кг,
.
Определяем удельный расход теплоты в теоретической сушилке
I - I 135- 60
1 0
T
x - x 0, 032 -0,012
2 0
68
кДж/кг.
Разность между приходом и расходом тепла в самой сушильной
W
3 3
с ( ) (1500 /117) 10 (40 15) 320,5 10
С 320,5 150 4,19 15 407,65
камере барабанной сушилки при отсутствии дополнительного
подогрева в сушильной камере и транспортирующих средств имеет вид
Q
Сqq
,
1впотмат
где удельный расход тепла на нагрев высушенного материала
q (G W)
мат сух мат к н
Дж/кг,
– удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду:
WQq
потпот
С – удельная теплоемкость воды при θ
в
I
B
0
C
0
0
1
=
t
1
0
C
0
5
=
t
2
I
1
=
c
o
n
s
I
D
t
2
C
,
, кДж/кг К.
н
C'
=100%
0
C
0
2
=
t
0
X
0
X
X
X2'
2
Процесс сушки
Удельные потери теплоты принимаем
A
150375004,0q)%64(q
q q
мат пот в Н
Тпот
69
кДж/кг.
X
кДж/кг.
Определим значение энтальпии для реальной сушилки при
0 2
x x x
I I (x x ) 135 407,65 (0,025 0,012) 129, 7
кг/ч=2,03 кг/с
Размер
Скорость газа при насыпной плотности
350 1000
1400
1800
2200
0,3 –
2 мм
0,1 –
1 2 –
5 3 –
7 4 –
8 5 –
10 Более 2 мм
1 –
3 3 –
5 4 –
8 6 –
10 7 –
12
принятом значении x, выбранном произвольно при условии
Принимаем 025,0x
2 1 0
кг/кг.
кДж/кг.
Строим точку D с координатами (х, I2). Соединяем точки B и D
и проводим линию до пересечения с изотермой
координатами 028,0x
2
кг/кг, C50t
.
2
0
t получаем т. С с
2
Расход сухого воздуха на сушку:
L W (x x ) 117 (0, 028 0, 012) 7313
c 2 0
.
Расход теплоты, передаваемого воздуху в калорифере:
3,152)60135(03,2)II(LQ
01C
кВт.
Рассчитываем диаметр сушилки
VL4
удC
D
где
V – удельный объем влажного газа, м
уд
,
W)1(
вых
3
/кг,
W – скорость газа на
вых
выходе из барабана, м/с, β – коэффициент заполнения барабана
материалом, зависящий от типа перевалочного устройства (для
подъемно-лопастного – β = 12%).
TR
V
уд
В
,
PP
насВ
где RВ =287 Дж/кг К– газовая постоянная для воздуха, Т – температура
воздуха на выходе из сушилки, К, P – общее давление в паровоздушной
смеси, Па;
насыщенного водяного пара при
– относительная влажность воздуха,
В
t , Па.
2
P – давление
нас
Таблица 1. К выбору рабочей скорости газов в сушильном барабане
.
частиц, δ мм
материала, кг/м
3
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]