7005

71

k - коэффициент теплопередачи, Вт/ ( м2 ×К);

S - поверхность теплообмена в единице объема, м2 / м3 ; ϕ - коэффициент, зависящий от типа аппарата; ∆ – средняя разность температур теплоносителей 0 С.

8 .4 . Расчет скруббера с насадкой

При охлаждении в нем воздуха водой рекомендуется

уравнение Н. М. Жаворонкова.

воздух

влагоотделение

вода

насадка

Ki = 0,01Reг0,7 Reж0,7 Prг0,33,

где Ki = kdэλг - критерий Кирпичева, характеризующий тепло и массообмен между газом и жидкостью;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/ м2 ×К;

dэ = 4Vсв S - гидравлический диаметр насадки, где Vсв - свободный объем насадки, м3 ;

S - поверхность насадки в единице объема, м2 / м3 ;

Re г = 4ωгVсвν г S - число Рейнольдса для газов;

72

ω г - средняя ( оптимальная) скорость газа перед насадкой в

сечении пустого скруббера, м/ с;

ν г - кинематический коэффициент вязкости газа при средней

Hω = 4G′πD2

здесь G′ - расход охлаждающей воды, м3 / с; D - диаметр колонки, м2 ;

ν ж - коэффициент кинематической вязкости при ее средней температуре.

Определение коэффициента теплопередачи при охлаждении паровоздушной смеси водой в скрубберах с насадкой

Ki = 0,17 Re0г,7 Prж0,7 Prг0,33 X 1,15 ,

где X - паросодержание ( объемное) в долях единицы. Формулы получены на основании результатов опытов с

различными насадками при плотности орошения 3 ,5 - 10 м3 / ( м2 ×час) . Отношение объема воздуха к объему пара ( при нормальных условиях) составляет 1:1; 2 :1; 3: 1 или в пересчете на влагосодержание 200 - 60 0 г/ кг сухого воздуха. Начальная температура паровоздушной сети менялась в пределах 80 - 90 оС.

Активный объем скрубберной насадки:

где Q - количество теплоты, участвующей в тепло и массообмене, Вт;

k - коэффициент теплопередачи насадки, Вт/ ( м2 ×К); S - поверхность насадки в единице объема, м2 / м3 ;

ϕ = 3S f (Hω )- коэффициент смачиваемости насадки, значение f (Hω ) определяют по таблице.

73

сечения.

8 .4 . Расчет полого без насадочного скруббера с форсунками

Коэффициент теплообмена капель в газовом потоке при Re в пределах 1 - 200 определяется по формуле Нестеренко А.В.

Nu = 2 + 1,05Re0г,5 Prг0,33 Gu0,175 ,

где а) Nu = αdк λг ,

α - коэффициент теплообмена, Вт/ ( м2 ×К);

dк - диаметр капель, м;

λг - коэффициент теплопроводности газа при средней

температуре поверхности капель и окружающего воздуха, Вт/( м×К);

распыливании форсунками;

σ- коэффициент поверхностного натяжения, Н/ м;

ρв - плотность распыливаемой среды, кг/ м3 ;

ω- скорость выхода струи, м/ с; ак - коэффициент, зависящий от свойств жидкости, для воды

k = 2,5 , спирта – 3 ,5 , глицерина – 5 .

Приближенное значение dк = 3Р , мм, где P - давление перед форсункой, ати.

б) Re = ωdk ν - число Рейнольдса,

ω- действительная скорость падения капли, м/ с.

При противотоке ω = ωo − ω2 , при прямотоке ω = ωo + ω2 ,

74

где ωo = 162d gρг - скорость витания капли, м/ с;

ωг - скорость движения газа в колонке;

νг - коэффициент кинематической вязкости воздуха при его

средней температуре, м2 / с; Pr г - число Прандтля газа.

в) Gu = (Tc − Tм )Тс - гигрометрическое число Прандтля,

Tc ,Tм - температуры окружающего воздуха по сухому и мокрому термометрам, оК.

Средняя разность температур в смесительных теплообменниках

где в- отопление изменения температуры воздуха в ступени к полному изменению его температуры в скруббере;

tпр - средняя разность температур в одной ступени.

Поверхность капель в 1 м3 объема скруббера

F = 103 fτHω , м2 ,

Активный объем аппарата при тепло и массообмене капель в газовом потоке

V = α Q ϕ , tF

где ϕ -0 ,95 - 0 ,85 – поправочный коэффициент, учитывающий несовершенство процессов тепло и массообмена.

75

8 .5 . Расчет гидравлического сопротивления аппратов с

пористыми и зернистыми насадками

При расчете гидродинамического сопротивления таких слоев можно использовать зависимость, аналогичную для определения потерь давления на трение

где λ - общий коэффициент сопротивления, отражающий влияние трения и местных сопротивлений при движении по каналам слоя и обтекании отдельных элементов слоя;

l - средняя длина каналов слоя;

ρ - плотность жидкости или газа;

ω- средняя истинная скорость движения газа в каналах.

На основе внутренней задачи можно преобразовать это выражение к более удобному виду

где H - высота слоя;

a - удельная поверхность представляющая собой поверхность частиц материала, находящихся в единице объема, занятого слоем;

ε - порозность, или доля свободного объема (отношение объема свободного пространства между частицами к объему, занятому слоем);

ωo - фиктивная скорость жидкости или газа, рассчитываемая как отношение объемного расхода движущейся среды ко всей площади поперечного сечения или слоя.

76

Значение λ находят по уравнению

λ = 133 + 2,34 .

Re

Если неизвестно a , тогда бывает удобнее использовать выражение, полученное на основе внешней задачи

где dч - диаметр частиц правильной шаровой формы, для частиц неправильной формы;

dч - диаметр эквивалентного шара, имеющего такой же объем как и частицы;

ф- фактор формы частицы, определяемый соотношением

ф = Fш F4 ;

Fш - поверхность шара, имеющая тот же объем, что и данная частица с поверхностью Fч .

Величину λ определяют по соотношению λ = (133 Re) + 2,34

где Reo = ωod4 ρ .

μ

слоев с относительно равномерным распределением пустот ( слоев зерен, гранул, шарообразных частиц) .

При движении газов или паров через слоев колец Рашига внутренние полости колец нарушают равномерность распределения пустот. В этом случае для расчета λ используют следующие соотношения.

Для колец загруженных в навал

Для правильно уложенных колец

A = 3,12 +17(dэН )× (dHdвн )1,37 ,

где dн и dв - наружный и внутренний диаметры кольца.

Эквивалентный диаметр

dэ = 4ε .

а

При свободной засыпке частиц доля свободного объема составляет в среднем ε = 0,4 . Фактор формы для круглых частиц

78

заключен между ф =1 ( для правильных шаров) и ф = 0,806 ( для

правильных кубов) . Для цилиндрических частиц в зависимости от отношения hdц ф = 0,59 при hц dц = 5 ,

9 .1 . Сушильные установки. назначение и виды

обезвоживания

При обезвоживании в материале могут происходит происходить структурномеханические, реалагоческие, биологические, биохимические процессы, способствующие повышению прочности материала ( дерево, кирпич), увеличению теплоты сгорания ( уголь, торф), уменьшению массы и объёма материала, удлинению сроков хранения.

Среди существующих методов выделяют химический, механический и тепловой.

Физико-химический – удаление влаги путём соприкосновения материала с гигроскопическими веществами ( хлористый кальций, селикогель) . Этот метод используется в малогабаритных производствах или в лабораторных условиях.

( внешняя задача сушки) . Знание свойств сушки материала позволяет выбрать рациональный метод и режим сушки.

79

Все сушильные материалы классифицируют: 1 . Капиллярно-пористые; 2 . Коллоидные;

3 . Капиллярно-пористые коллоидные.

1 -ая группа: при обезвоживании почти не изменяют свои размеры, при глубоком обезвоживании и механическом воздействии они могут быть превращены в дисперсные материалы (обожжённые керамические материалы, активированный уголь, песок) .

2 -ая группа: при изменении содержания в них влаги существенно изменяют геометрические размеры, сохраняя эластичные свойства (желатин, мучное тесто) .

3 - ья группа: эластичны, способны к набуханию при увлажнении и усыхании при обезвоживании. Большинство влажных материалов относятся к этой группе ( торф, ткани, кожа, древесина).

Свойства влажных материалов, а также скорость процессов переноса в них зависят от форм связи влаги с материалом.

Согласно классификации, в основу положена энергия связи влаги с материалом, выделяют по порядку убывания энергии связи три формы: химическую, физико-химическую, физикомеханическую.

Адсорбционная влага – это влага адсорбционного пара из окружающей поверхностью в порах, пустотах, капиллярах составляющих скелет вещества.

Осмотическая влага – это влага за счёт осмотического давления, вызывающая избирательную диффузию влаги из окружающей среды через полупроницаемую оболочку.

Микрокапилляры – в них длина свободного пробега молекул много меньше диаметра капилляра.

Существует 2 вида сушки:

1 . Естественная – за счёт тепла естественного окружающего воздуха, требующая больших площадей, длительности времен и зависит от атмосферного воздействия и времени года.

Искусственная – происходит в специальных камерах с подачей в них сушильного агента, который забирает влагу из материала. В качестве сушильного агента используют воздух,

смесь

2 . дымовых газов с воздухом, пар ( в т.ч. перегретый) и минеральные масла.