Материал: 522103
7.6 РАСЧЕТ КОНЕЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОСТИ И КОЛИЧЕСТВА ВЫДЕЛЯЮЩЕГОСЯ ТЕПЛА
Конечную температуру жидкости можно найти по формуле 14 или при X н 0 , по таблице 1 методом линейной интерполяции (см. выше) при
X к 0.042 и к 52.64 С.
Количество выделившегося тепла определим ( формула 15) как:
Q=Lcx к н 0.318 75330 (52.64 25) 6.62 105 Вт .
7.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОГО РАСХОДА ВОЗДУХА И ВОДЫ
Для гидравлического расчета насадочной колонны необходимо знать расходы и свойства жидкой и газовой фаз (формула 18), в случае малых концентраций поглощаемого компонента можно использовать для расчета расходы и свойства носителя и поглотителя, в нашем случае воздуха ( G ) и воды ( L ) при их средней температуре.
G G 29 0.149 29 4.32 кг/с ,
L L 18 0.318 18 5.72 кг/с .
7.8 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Выбираемая для расчета насадка должна соответствовать следующим требованиям: должна быть инертна к веществам участвующим в процессе, то есть не вступать в химические реакции с водой, воздухом и этанолом, и нам должны быть известны геометрические и физические параметры насадки. Этим условиям удовлетворяют керамические кольца Рашига (Таблица 13) 50х50х5. Для них выполним расчет в соответствии с пунктом 5 данного методического указания. Определим средние по колонне вязкость ( x ) и плотность ( rx ) воды при её средней температуре
( ср ).
|
|
н к |
|
25 52.64 |
38.82 С . |
|
|
||||
ср |
|
2 |
|
2 |
|
31
При найденной температуре x 6.92 10 4 Па с , x 1000 кг / м3 [2] . Плотность воздуха ( y ) определим по уравнению МенделеееваКлайперона.
ρ |
|
|
29 |
|
273 |
|
29 |
|
273 |
|
1.19 кг / м3. |
|
y |
22.4 |
273 tвоз |
22.4 |
273 25 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Из таблицы 13 возьмём удельную поверхность a 90 м2 / м3 и
0.785 м3 / м3 , номинальный размер насадки d = 0.05 м. В разделе 5.1
выберем для данной насадки коэффициенты А = -0.073, В = 1.75 и С = 1. По формуле 18 рассчитаем предельную скорость газа
w2 |
a |
|
|
|
0.16 |
|
|
|
|
|
|
|
0.25 |
|
|
|
0.125 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
пр |
|
y |
|
|
x |
|
|
|
|
L |
|
|
|
y |
|
|
||||
lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
А B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
g |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
x |
|
|
G |
|
|
x |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
1.19 ( 6.92 |
10 |
1 0.16 |
|
|
|
0.25 |
|
|
0.125 |
wпр90 |
) |
|
5.72 |
1.19 |
|||||||
lg |
|
|
|
|
|
0.073 1.75 |
|
|
|
|
|
9.81 0.7853 |
|
|
|
|
|||||||
|
1000 |
|
|
4.32 |
|
1000 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wпр 2.49 м / с .
По формуле 19 найдём рабочую скорость газа и расчетный диаметр колонны (формула 25).
w kwпр 0.8 2.49 1.99 м / с , |
|
|
||||||||||||
|
|
Vy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
G |
|
|
4.32 |
|
1.53 м . |
||||||
0.785w |
|
0.785wry |
|
0.785 1.99 1.19 |
|
|||||||||
Выберем ближайший стандартный диаметр Dст 1.6 м и проверим
выбор по гидродинамическому режиму работы насадочной колонны, гидравлическому сопротивлению насадки и степени смоченности насадки (формулы 20-23 и 26-27 и рисунок 5 раздела 5). Вначале определим скорость газа в колонне при стандартном диаметре.
w |
|
G |
|
|
|
4.32 |
1.8 м/с . |
|
|
|
|||||
2 |
|
0.785 1.62 1.19 |
|||||
|
0.785Dст |
y |
|
|
|||
32
Определим параметры необходимые для использования графической зависимости Эдулджи (формулы 20-23).
|
Fr |
w2 |
|
|
|
|
|
1.82 |
|
|
6.7 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
gd |
|
|
|
9.81 0.05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Re |
|
|
|
|
|
|
|
|
wd y |
|
|
1.8 0.05 1.19 |
155.3 |
, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
усл |
|
|
x |
|
|
6.92 10 |
4 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0.85 |
|
0.1 |
1.19 |
|
0.85 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
воды |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Y CFrRe усл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 6.7 155.3 |
|
|
|
|
4.05 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
|
0 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.206 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Χ |
Vx |
|
|
L |
y |
|
|
|
|
5.72 1.19 |
1.56 10 3 . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Vy |
|
G |
x |
|
|
|
|
4.36 1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Нанесём на график Эдулджи точку с координатами Y-X (точка 1).
Y |
|
|
|
101 |
|
|
|
8 |
|
|
|
6 |
1200 |
|
|
|
|
|
|
4 |
800 |
|
|
|
1 |
Захлебывание |
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
600300 |
2 |
|
|
200 |
3 |
Подвисание |
|
|
|
100 |
|
8 |
100 Па/м |
|
|
6 |
|
4 |
|
2
10-1
4 |
6 |
8 10-3 |
2 |
4 |
6 |
8 10-2 |
2 |
4 |
6 |
8 10-1 |
X
Рисунок 8 - Графическая зависимость Эдулджи для определения гидродинамического режима работы насадочной колонны и сопротивления насадки с нанесёнными рабочими точками
33
Точке 1 соответствует сопротивление метра насадки равное 1000 Па/м, что много больше допустимого для данного типа колонн (пункт 5.2 данного м.у.). Увеличим диаметр колонны до 1.8 м, получим точку 2 на рисунке (расчет упускаем, так как сопротивление насадки при этом тоже слишком велико), и повторим расчеты для комплекса Y.
w |
|
|
4.32 |
|
1.16 м / с , |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
0.785 22 1.19 |
||||||||||||
Fr |
|
|
1.162 |
2.75 , |
|
|
|
|||||
|
9.81 0.05 |
|
|
|
||||||||
Re |
|
|
|
|
1.16 0.05 1.19 |
99.4 , |
||||||
усл |
6.92 10 4 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1.19 |
|
0.85 |
|||
Y 1 2.75 99.4 0.1 |
|
|
|
1.7 . |
||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1.206 |
|
|
|||
Гидравлическое сопротивление в точке 3 ( 300 Па/м) удовлетворяет требованиям пункта 5.2. Продолжим расчет для диаметра 2 м.
Определим плотность орошения (U, м3/м2с ) по формуле 26.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 3 м3/м2с . |
|
U |
L |
|
|
|
|
5.72 |
|
1.8 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0.785D |
2 |
|
x |
0.785 22 |
1000 |
||||||
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
|
||
Полученное значение плотности орошения несколько меньше рекомендованного, но на практике обычно весьма трудно подобрать доступную и дешевую насадку удовлетворяющую всем условиям. Рассчитаем долю активной поверхности насадки ( a ) по формуле 27.
a |
U |
|
|
|
|
1.8 10 3 |
|
|
|
0.71. |
p+qU a |
|
10 |
3 |
0.012 1.8 10 |
3 |
|
|
|||
|
|
|
6.67 |
|
|
|
90 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ
7.9.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ВЫСОТЫ ЕДИНИЦЫ ПЕРЕНОСА
Расчет высоты насадки сделаем через общее число единиц переноса и общую высоту единицы переноса по газовой фазе (формула 34). Для это-
34
го нужно найти частные высоты единиц переноса по фазам hy и hx , для
этого используем формулы 50 и 52. Определим входящие в них параметры. Число Рейнольдса для газовой фазы:
|
Re |
|
|
4w y |
|
|
4 1.16 1.19 |
|
3.22 10 |
3 |
, |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
y |
aμ |
|
|
|
90 19 |
10 6 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
y |
19 10 6 Па с – вязкость воздуха при 25 С, [2]. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент молекулярной диффузии этанола в воздухе ( Dy ) опре- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
деляем как, [2]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
273 t |
|
|
|
3 2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воз |
|
|
|
mвоз |
mэт |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Dy |
4.3 10 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
v |
|
13 |
|
v |
13 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воз |
|
|
|
эт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
273 25 3 2 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
4.3 10 7 |
|
|
29 |
|
46 |
|
|
1.1 10 5 м2 / c |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
29.9 13 |
59.2 13 |
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
где v |
воз |
29.9 м3 / кмоль , v |
эт |
59.2 м3 / кмоль - мольные объёмы воздуха и |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
этанола, [2].
Диффузионный критерий Прандтля ( Pr'y ) для газовой фазы:
|
|
|
Pr'y |
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
19 10 6 |
|
1.5. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
y |
D |
|
|
|
|
1.1 10 5 1.19 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Частную высоту единицы переноса по газовой фазе ( h y ) определим |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
по формуле 50: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 m |
|
|
|
' |
1 n |
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
1 0.655 |
1 0.33 |
|
|||||||
h |
y |
|
|
d |
э |
Re |
y |
|
|
|
( Pr |
y |
) |
|
|
|
|
|
0.035 |
3.22 |
10 |
|
|
1.5 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
4c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0.407 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0.456 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Для нахождения частной высоты единицы переноса по жидкой фазе |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
также необходимо найти число Рейнольдса ( Re x ) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Re |
|
|
|
|
|
4U |
x |
|
|
|
4 1.8 10 3 |
116.8. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 6.92 10 4 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
a x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
35