книги / Расчеты химико-технологических процессов

учесть целесообразность возможно более глубокого охлаждения газа с целью снижения в нем водяных паров.

Производительность аппарата 800 м3/ч 70%-ного по хлору газа. Начальная температура газа 40 °С, температура воды 10°С. Содержание пыли (хлориды Mg, Са, Na, К) в газе 5,6 г/м3. Предпо­ лагается, что размер частиц 10—20 мкм. Остаточное содержание пыли 0,04 г/м3. Влагосодержание газа 4,0 г/м3.

Расход сухого газа: 800 — 5 = 795 м3/ч.

В соответствии с технологическими требованиями, учитывая имеющиеся опытные данные (разность температур между газом и

Расход газа на выходе из аппарата:

855 -100/(100 - 1,5) *=868 м3/ч

Расход водяных паров на выходе из аппарата:

868 — 855 ** 13 ма/ч

Влагосодержание газа на выходе:

13 *273 (100000 — 1600) -18 -1000/(273 + 13) -100 000 -22,4 - 868 *= 11 г/м3

С газом уносится:

влаги 11-868 = 9550 г/ч пили 0,04-868 = 35 г/ч

Чтобы обеспечить принятую концентрацию пыли в очищенном газе, необходимый к. п. д. должен составлять:

Г)п — [(5200 - 35)/5200] -100 = 99.3%

Определим режим работы аппарата и его конструктивные раз­ меры. Работа пенного пылеуловителя во многом зависит от со­ блюдения в нем оптимальной скорости газа дог, возможные пре­ делы изменения и характер влияния которой выявлены при

181

Интенсивность i потока воды (считая, что сливное отверстие занимает всю ширину решетки):

i = 1,0/0.36 = 2,8 м3/(м • ч)

Обычно принимают / = 1 4 -5 ма/(м*ч).

Высота исходного слоя жидкости Л0 определяется высотой по­ рога hn и слоем жидкости поверх порога

ния слоя жидкости вследствие дополнительного сопротивления ее движению, возникающего при работе решетки (для данных усло­ вий вг= 1; см. Приложение XII).

Тогда

Лп = (35 — 3 ^ 2jF )/0,6 = 50 мм

На основании опытных данных устанавливаем решетку типа 12/6 *, свободное сечение которой:

5 0= 9\dljt2= 91 • 62/122= 22,7%

Скорость газа в отверстиях решетки

w 0 = w r - 100 ( S QZ) = 2,0 • 100/(22,7 •0,9) = 10 м/с

(где z — доля перфорированной части решетки; 2 = 0,9), что ра« ционально при улавливании пыли.

Установлено, что для гидрофильной пыли

где ро — кажущаяся плотность пыли, кг/м3; 6 — средний диаметр Частиц пыли.

Поскольку свойства улавливаемой пыли в точности не изве­ стны, можно воспользоваться частным видом этого уравнения

Ч „ = 1.01 {wri/[3600g (0,1 - ha)1} l0-005 (VII.80)

применимым при улавливании гидрофильной пыли с б = 15 мкм. Тогда

t u ,« 1,01 (2,0-2,8/(3600.9,81 (0,1 - 0.05)а1 )0Д)5= 0,995 или 99,5%

что хорошо совпадает с принятым ранее значением ц„. Общее гидравлическое сопротивление:

183

Сопротивление сухой решетки (П а):

(VII. 82)

1,45 (0,7 • 3,233 + 0.3 • 1,243) 273 • 97 S00 • 10* 2(273-1-40)100000

где Рг= (рЛ еск+ o,3pJ ) r p n m .

Сопротивление пенного слоя:

слишком отличается от ранее принятого.

Пример 21. Рассчитать пенный аппарат для осушки газа сер­ ной кислотой концентрации 93%. Конечное содержание влаги в газе не должно превышать 0,04% (масс.). Производительность аппарата 750 м8/ч (сухого газа). На осушку поступает газ со следующими параметрами: температура 13 °С; расход влажного

скими требованиями к аппарату конечное влагосодержание газа составляет 0,04% (масс.). Принимаем, что объем газа при про­ хождении через аппарат не изменяется (поправками на измене­ ние температуры н давления газа пренебрегаем).

Расход газа:

750 •3,233 = 2420 кг/ч = 2,42 т/ч

С газом уносится влаги:

2420 •0,04/(100 - 0,04) — 0,97 кг/ч клн 0,97 * 22,4/18 — 1,2 м7*

Сушка хлора производится серной кислотой. Принимаем, что возможное разбавление кислоты (вследствие поглощения влаги) происходит за один цикл, причем кислота разбавляется до 78%- ной. Таким образом, начальная концентрация кислоты 93%, ко­ нечная 78%.

Масса воды на 1 кг 100%-ной кислоты:

на входе в аппарат (1 — 0,93)/0,03 = 0,075 кг на выходе из аппарата (1 — 0,78)/0,78 ж 0.282 кг

Водопоглощаемость 1 кг 100%-ной серной кыслслы:

93%-ной на осушку 1 т хлора 41,7/2,42 = 17,3

Тепловой* баланс. Сушка газа сопровождается выделением теплоты вследствие разбавления серной кислоты абсорбируемой

184

водой. Теплота разбавления 1 кг 93%-ной H2S 04 до 78%-ной составляет 213,3 кДж/кг (подсчитано по правилу Томсона). При­ ход теплоты в результате разбавления кислоты:

213,3 •41,7 «я 8882 кДж/ч

Для упрощения расчета можно допустить, что вся теплота, выделяющаяся при разбавлении, расходуется на нагревание кис­ лоты и газа (т. е. теплопотерями аппарата пренебрегаем). То­ гда нагрев хлора и кислоты в процессе сушки составит:

8882/[4,19 (2420 • 0,124 + 49,7 •0,358)1 =* 6,7 °С

По технологическим соображениям такой нагрев кислоты и газа можно считать допустимым, тем более что не учтены теплопотери аппарата.

Расчет аппарата. В соответствии с принятыми параметрами газа на входе н выходе из аппарата, к. п.д. пенного осушителя газа должен быть равным

Ч в (9,0 — 0,97)/9,0 = 0 ,9

(парциальным давлением водяных паров над серной кислотой, поступающей в аппарат, пренебрегаем). По результатам лабора­ торного исследования к.п.д. одной полки пенного осушителя мо­ жет быть принят равным 80%, т. е. 0,8. Тогда необходимое число полок в аппарате:

л = lg (1 — 0,9)/lg (1 — 0,8) » 2 лолки

Принимаем 3 полки, поскольку возможны снижение показа­ телей при переходе в заводские условия и неравноценность по­ следующих полок.

Учитывая результаты исследований, необходимость обеспечения оптимального гидравлического сопротивления н нежелательность брызгоуноса, а также возможность изменения производитель­

Для обеспечения принятых значений к.п.д. полок и, следова­ тельно, требуемой эффективности осушителя, необходимо соэда-.

Тогда для создания нужной высоты пены 0,2 м высота исход­ ного слоя кислоты на всех решетках должна составлять:

819 м8/ч. При принятой скорости газа в полном сеченнн аппара­ та площадь сечения аппарата:

5 «= 819/(3600 • 1,76) 0,13 и*

Диаметр аппарата для круглого сечения

Ов„= *л/4 -0,13/3,14 -0,4 м

однако для лучшего распределения жидкости на решетке прини­ маем форму сечения аппарата прямоугольную. Тогда стороны аппарата: а = 4 8 0 мм, Ь = 270 мм.

Интенсивность потока кислоты на нижней решетке

i = 49,7/(1704 • 0,27) = 0,11 мэ/(м -ч)

где 1704— плотность 78%-ной H2SO4, кг/м3; 0,27 — длина слив­ ного отверстия, м.

Принимаем, что интенсивность потока кислоты постоянна и равна 0,1 м3/(м*ч).

Высотапорога может быть определена по формуле:

Л. = (Л .+ З* '-# 5)/*, (VII. 84)

Выше найдено, что высота исходного слоя кислоты должна составлять на всех полках 60 мм. Для условий работы пенного осушителя коэффициенты ф0 и е' можно принять следующими (см. Приложение XII): е' = 1, фп — 0,45. Тогда:

Л„=. (60 + 3 УоЛ*)/0,45 = 125 ми

Для условий работы пенного осушителя газа можно признать пригодной решетку типа 6/3. Такую решетку устанавливаем на всех трех полках аппарата. Свободное сечение решетки 6/3 50 = = 22,7%. Скорость газа в отверстиях каждой решетки

Wo=* 1,75 •.100/22,7 = 7,7 м/с

(площадь перфорированной части решетки равна площади сво­ бодного сечения аппарата). Учитывая небольшой диаметр отвер­ стий в решетках, высокую плотность газа и значительную вяз­ кость серной кислоты, такую скорость газа в отверстиях можно признать приемлемой.

Движущую силу абсорбции водяных паров серной кислотой подсчитываем на основании следующих данных:

186

Общая площадь решеток в запроектированном аппарате рав­ на 0,13-3 = 0,39 м2, что превышает оптимально потребную пло­ щадь и, следовательно, обеспечит необходимую эффективность работы пенного осушителя.

Пример 22. Расчет аппарата со взвешенной орошаемой на­ садкой (ВН).

А. Определить коэффициент абсорбции фтороводорода 3— 5% раствором ЫагСОз в аппарате ВН с двумя слоями насадки производительностью 100000 м3/ч при условии, что: концентра­ ция фтороводорода на входе и выходе соответственно 0,1 и 0,002 г/м3; температура газа на входе 70 °С, на выходе — 20°С; диаметр аппарата 2,5 м. Высота неподвижного слоя насадки на каждой опорной решетке Нн« 0,3 м.

Б. Определить высоту слоя насадки #ст» необходимую для достижения эффективности абсорбции *п = 0,985 в аппарате ВН с двумя слоями насадки, и гидравлическое сопротивление абсорб­ ционной зоны при скорости газа 5,5 м/с и плотности орошения 10 м3/(м2*ч), если плотность шаров бш=*200 кг/м3.

Р е ш е н и е . Аппарат с орошаемой извещенной .насадкой представляет собой цилиндрическую колонну с одной или несколькими перфорированными, щелевы­ ми нли прутковыми решетками и расположенными на них слоями насадки из полых шаров. При подаче газа под нижнюю решетку в результате взаимодей­ ствия потоков газа и жидкости с насадкой образуется турбулизованная газо­ жидкостная смесь с развитой межфазной поверхностью. В зависимости от скорости газа в аппаратах ВН различают три основных гидродинамических режи­ ма — стационарное состояние насадки, начальное и развитое взвешивание. Опти­ мальным для осуществления массообменных процессов является режим разви­ того взвешивания насадки.

А. Скорость газа в аппарате при заданных условиях:

©Г = 1000 000/(3600.0,785 • 2,5*) = 5,5 м/с

Эффективность (к. п.д.) абсорбции [см. уравнение (VII. 17)]:

Коэффициент скорости абсорбции фтороводорода находят со­ вместным решением уравнений материального баланса

(здесь Vr — расход газа, м3/ч; С*б— масса фтороводорода, улов­ ленного в течение 1 ч) и массопередачи

Cg(J=3= kgPц ДС

где kH— коэффициент скорости абсорбции, отнесенный к стати­ ческому объему насадки, ч-1; пн — объем неподвижной насадкн, м3; АС— дзижуицая сила абсорбции, г/м3.

Так как установлено, что парциальное давление HF над абсор­ бентом (раствором Ыа2СОэ) равно нулю, то АС определяется по формуле:

АС^ С»ачг —СКонг

2,3 lg (Сначг/СКонг)

187

К.п.д. и коэффициент скорости абсорбции связаны между со­ бой соотношением:

П — t — exp [kaHв/(3600с»г)] (VII. 85)

Коэффициент скорости абсорбции зависит от гидродинамиче­ ского режима и может быть найден из выражения:

кольцевыми клапанами (размеры клапана даны на рис. 32) для

138

Pact S3. Номограмма дая определенна к. n. At тарелок с кольцевыми клапанами при десорб­ ции плохо растворимого гам .

Коэффициент массопередачи, отнесенный к площади тарелки, определяем из формулы

Пример 24. В процессе хлорирования оксида алюминия хло­ ром в расплаве хлоридов в присутствии нефтяного кокса опре­ делен состав газообразных продуктов хлорирования после кон­ денсации из них паров хлорида алюминия. Рассчитать скорость хлорирования оксида алюминия при следующих условиях. Рас­ ход хлора 100 л/ч, содержание хлора в исходном газе 100% (об.). В газообразных продуктах хлорирования содержится 80% (об.) хлора и 20% (об.) диоксида углерода. Барометрическое давление принять равным 0,1 МПа.

190