ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пример расчета распылительной колонны из "Основные процессы и аппараты химической технологии Изд.2" Задание на проектирование. Определить размеры распылительной колонны для извлечения фенола из воды экстракцией бензолом при следующих условиях расход исходной смеси — 0,001389 м /с (5. м /ч) начальная концентрация фенола в воде — 0,3 кг/м конечная концентрация фенола в воде — 0,06 кг/м начальная концентрация фенола в экстрагенте — 0,01 кг/м температура в экстракторе — 25 °С. [c.261] Равновесие между фазами. При выражении концентраций в кг/м коэффициент распределения фенола между бензолом и водой при малых концентрациях фенола является практически постоянной величиной, при 25 °С равной 2,22 [12]. Следовательно, равновесие между фазами в данном случае определяется уравнением (3.23), причем т = 2,22, то=0. [c.261] Как видно, требуемая эффективность колонны составит около одной теоретической ступени при расходе экстрагента в 5—6 раз больше минимального. Примем расход экстрагента равным 0,002778 м /с (или 10 м /ч), т. е. примерно в 5,5 раз больше минимального расхода и в 2 раза больше расхода исходной смеси. При таком рас.чоде бензола конечная концентрация фенола составит С5,.к = 0,13 кг/м . Поскольку расход бензола больше расхода воды, будем проводить расчет колонны, считая бензол дисперсной фазой. Ввиду малых концентраций фенола необходимые для расчета физические свойства фаз примем равными соответствующим свойствам воды и бензола при 25 С рс=997 кг/м д,с = 0,894 мПа-с а = 0,0341 Н/м рд = 874 кг/м Яд = 0,6 мПа-с Др = 123 кг/м . [c.262] Диаметр колонны. Основная трудность расчета диаметра распылительных колонн заключается в том, что для определения скоростей захлебывания нужно знать размеры капель и скорости их осаждения. Размеры капель зависят от скорости дисперсной фазы в отверстиях распределителя. Последняя же зависит от числа этих отверстий, а число отверстий, необходимое для равномерного распределения дисперсной фазы, зависит от диаметра колонны. [c.262] Поэтому был принят следующий порядок расчета распылительных колонн (рис. 7.4). Исходя из диаметра отверстий распределителя дисперсной фазы сначала определим ориентировочный размер капель по уравнению (7.14) или (7.15). Затем после расчета скоростей осаждения капель этого размера и предельных нагрузок, при которых наступает захлебывание, находим удовлетворяющий требованиям стандарта диаметр колонны, пригодный для проектируемого процесса. Определив размеры распределителя (щаг между отверстиями и их число), уточним размер капель с помощью уравнений (7.13) или (7.16) и проверим правильность выбора диаметра колонны. Затем рассчитаем требуемую высоту рабочей части колонны. [c.262] По графику на рис. 7.3 находим / (/ ) =0,72. Следовательно, у = лЯ (Я) =3,14-0,266-0,72 = 0,601. [c.262] Таким образом, ориентировочный диаметр капель при капельном истечении равен / = у(6 /л) / = 7,52(6-0,601/3,14) 3 = 7,9 мм. [c.262] Уточнение среднего размера капель. [c.263] Для капель диаметрои 7,68 мм получается практически такое же значение скорости свободного осаждения (0,122 м/с). [c.263] Выбираем внутренний диаметр колонны равным 0,5 м. Фиктивные скорости фаз в такой колонне равны Шх = Шс=0,707 см/с Шу = иг)д=1,414 см/с. Колонна будет работать при нагрузке, составляющей 65 % от нагрузки при захлебывании. В данном случае диаметры колонны, определяемые из приближенных размеров капель для капельного и струйного истечения, одинаковы. Если бы они различались, то окончательный выбор диаметра колонны должен был бы проводиться после расчета распределителя и определения режима истечения дисперсной фазы. [c.264] Расчет распределителя дисперсной фазы. Работа распылительных колонн во многом определяется конструкцией распределителя дисперсной фазы. Он должен подавать в рабочую зону колонны достаточно малые капли, по возможности близкие по размерам, и обеспечить равномерное распределение капель по объему аппарата. При близких размерах капель время пребывания их в колонне не должно сильно различаться, и режим движения дисперсной фазы близок к режиму идеального вытеснения. Поэтому предпочтительнее капельный режим истечения, при котором образуются одинаковые капли (иногда наряду с однородными крупными каплями образуются ка пли-спутники значительно меньщего размера). [c.264] Необходимое для такой скорости истечения число отверстий составляет я = 41/д/(.Т1Ш V /о) = 4.0,002778/(3,14 0,147 0,004 ) = 1500. [c.264] При числе отверстий = 1500 скорость истечения (0,147 м/с) немного превышает критическую. Следовательно, распределитель будет работать в начальной стадии струйного режима, когда размеры образующихся капель отличаются незначительно. [c.264] Скорость свободного осаждения для капель этого диаметра составляет 0,126 м/с, а суммарная предельная нагрузка при такой характеристической скорости практически равна предельной нагрузке, полученной в предварительных расчетах на основе приближенной оценки размеров капель. Следовательно, нет оснований вносить изменения в выбранный диаметр колонны. [c.265] Корни кубического уравнения (7.11) равны Ф = г + 2/3. [c.265] Поскольку высота колонны получилась отличной от Я = 5 м (которой задались при определении коэффициента массоотдачи в дисперсной фазе), расчет следует повторить. Принимая Я = 8,21 м, получим (Зу= 1,93-10 м/с /( = 0,449-10 м/с Яоу = 2,28 м Я = 8,32 м. При повторении расчета высота колонны не меняется. Принимаем Я=8,5 м. [c.267] Принимаем диаметр отстойных зон равным 0,8. м. [c.267] Принимаем отстойные зоны одинаковыми, высотой 1,2 м. На рис. 7.6 приведены основные размеры распылительной колонны, определенные в результате технологического расчета. [c.268] Низкая эффективность спроектированной колонны (высота, эквивалентная теоретической ступени, равна я 8 м) обусловлена большим продольным перемешиванием в сплошной фазе (при расчете принято полное перемешивание). Если бы режим движения обеих фаз соответствовал идеальному вытеснению, необходимая высота рабочей зоны колонны составила бы около 1 м. [c.268] Вернуться к основной статье