![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчет насадочных аппаратов
Оросительные скрубберы с насадками. Для получения больших активных поверхностей теплообмена между газом и жидкостью применяют колонны с различными насадками, например: кольцами Рашига, коксом, деревянными рейками в виде хордовых насадок, с металлической стружкой и т. п. Насадки характеризуются: · поверхностью единицы объема S, м 2 / м3; · свободным объемом Vсв м3/м3; · проходным сечением f, м2-, · просветом на 1 м2 поперечного сечения аппарата · периметром U— условным периметром просветов в метрах на 1 м2 поперечного сечения аппарата. При противоточном движении газа и жидкости в насадочных колоннах по мере возрастания скорости наблюдаются четыре характерных режима движения потоков: пленочный, промежуточный, турбулизации и эмульгирования. В режиме эмульгирования интенсивность тепло- и массообмена достигает максимального значении, одновременно происходит накапливание жидкости и, когда вся насадка затапливается жидкостью, происходит так называемое захлебывание и начинается выброс жидкости из колонны. При проектировании скрубберов принимают рабочую скорость wг несколько меньше скорости эмульгирования wэ, при которой наступает инверсия (пенообразное перемешивание) фаз: wг=(0, 80-0, 85) wэ, м/с. Скорость газов, соответствующая оптимальному режиму работы колонн,
определяется из формулы Оптимальная скорость газа Вычисленная по этому методу Wопт составляет примерно 80% скорости захлебывания. Определение основных размеров колонны сводится к подсчету полезного или активного объема В, диаметра D и полезной высоты H. В насадочных колоннах под полезным или активным объемом и полезной высотой следует понимать объем и высоту насадки. Полезный или активный объем скруббера определяется по формуле где Q—количество тепла, передаваемое в скруббере, Вт; k—коэффициент теплопередачи насадки, Вт/(м 2 0С); Δ t—средняя разность температур теплоносителей, 0С; S—поверхность насадки в единице объема, м2 /м3; j—коэффициент смачиваемости. Коэффициент смачиваемости насадки j (отношение поверхности смоченной насадки к полной поверхности ее) можно найти как отношение количества жидкости, удерживаемой 1 м3 насадки, V, к количеству жидкости, удерживаемой 1 м3 насадки при полной ее смачиваемости, V. Таким образом, где S—поверхность насадки в единице объема, м2 /м3; Если j получается больше единицы, то насадка смачивается полностью и в расчете принимается φ =1 Для равномерного распределения газа и жидкости по сечению аппарата отношение высоты насадки к ее диаметру Н/D не должно быть меньше 1, 5—2 и больше 5—7. Коэффициент теплопередачи при охлаждении воздуха водой в скрубберах с насадкой можно определить по формуле Тадеуша Хоблера], обобщившего работы Н. М. Жаворонкова к Н. Э. Фурмер: α =0.0024*λ /dэ *Re0.7гPrг0.33(Reж)0.7tж=200с *(1+ε х) где λ, — теплопроводность смеси (влажного воздуха), Вт/(м*°С); dэ =4 Vсв/S —эквивалентный диаметр насадки, м; Reг = w *dэ /ν г—критерий Рейнольдса для парогазовой смеси, в котором w - скорость газа в насадке, м/с; ν г - кинематическая вязкость парогазовой смеси, м2/с; Рг= ν см / асм—критерий Прандтля для парогазовой смеси; Reж= Hw dэ / 3600ν ж - критерий Рейнольдса для жидкости при температуре 20°С, в котором Hw = 4L/ π D2 —плотность орошения насадки, м3/(м2.ч); L — расход жидкости, м3/ч); ν ж —кинематическая вязкость жидкости при температуре 20 °С, м2 с; ε - безразмерный комплекс, учитывающий влияние массообмена, ε =130 при температуре в скруббере 20-90; i—энтальпия пара1; r —теплота парообразования; φ =α /β = Ср—соотношение Льюиса, где α —коэффициент теплоотдачи, β — коэффициент массообмена; m=μ п/μ в — отношение молекулярных весов пара и воздуха; сp— теплоемкость влажного воздуха на 1 кг сухого воздуха, А=1/427—тепловой эквивалент единицы работы, R— газовая постоянная влажного воздуха: Т— температура парогазовой смеси, К, В большинстве случаев процессы в скрубберах при тепло- и массообмене воздуха с водой протекают при температурах от 20 до 90°С; Т. Хоблер предлагает в расчетах принимать среднее значение комплекса ε =130; Х— средняя концентрация пара в парогазовой смеси: Х= (Хп –Хв)/ln Хп/ Хв где Хп — концентрация пара и смеси при ее средней температуре, кг/кг; Хв-—концентрация пара в смеси у зеркала испарения воды при температуре 20 0С, кг/кг. Основные понятия о процессе сушки Формы связи влаги с материалом. Кинетика сушки. Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. Этим сушка отличается от других методов удаления влаги, например, путем поглощения ее химическими реагентами или механического отделения. Изделия или материалы приходится сушить в зависимости от их назначений для разных целей. Назначение сушки: - повышение прочности строительных материалов (кирпича, древесины), предохранения от гниения и плесени, облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения сжатия, искривления и растрескивания; - увеличение теплоты сгорания топлив (угля, торфа), улучшения процесса горения; - уменьшение массы и объема транспортируемых материалов; - удлинение срока хранения продуктов. Существующие методы обезвоживания: - физико-химический; - механический; - тепловой. Физико-химический метод основан на поглощении влаги из высушиваемого материала путем их соприкосновения с гигроскопическими веществами (хлористым кальцием, силикагелем). Применяется в мелкомасштабных производствах и лабораториях. Механическое обезвоживание – это разделение гетерогенных систем на твердую и жидкую фазы под воздействием механических сил (давления, центробежных, гравитационных). Тепловой метод обезвоживания осуществляется путем подвода к высушиваемому материалу теплоты. Наиболее широко распространены последние два способа. Механическое обезвоживание (отжатие и отсасывание влаги, центрифугирование, фильтрование) широко применяется, например, в текстильной промышленности, для чего в технологический процесс включаются специальные аппараты — прессы, центрифуги, вакуум-фильтры. Механическое обезвоживание материалов более экономично, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов, допускающих деформацию (торфяная масса, текстиль, шерсть и т. п.). При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги (до 40—60%). Поэтому часто комбинируют различные способы удаления влаги, например в текстильной промышленности после механического обезвоживания, а в химической после выпаривания применяют сушку материалов, достоинством которой является возможность получения материала с любой конечной влажностью. Оборудование для механического обезвоживания: - отстойники (разделение осуществляется в поле сил тяжести); - вакуум-фильтры (движущая сила процесса создается разрежением под фильтровальной перегородкой, перепад давлений при этом составляет 0, 02-0, 07МПа); - отстойные и фильтрующие центрифуги (разделение осуществляется за счет центробежной силы). Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. Естественная сушка обычно производится на открытом воздухе, под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс, при котором сушильный агент (воздух), поглотивший пары влаги, отводится из зоны сушимого материала без искусственных мероприятий. Она производится за счет тепла наружного воздуха и применяется при массовой обработке дешевых влажных материалов, например глины, песка, торфа, дров, пиломатериалов, сена и т. п., и имеет еще значительное применение в народном хозяйстве. Недостатками естественной сушки по сравнению с искусственной являются большая продолжительность, зависимость ее от времени года и состояния наружного воздуха, необходимость большой территории для размещения материала. При естественной сушке материал можно высушить только до влажности, близкой к равновесной, соответствующей параметрам окружающего воздуха, и в ряде случаев недостаточной для последующей технологической обработки материалов. Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах — сушилках, в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, инжекторов, вытяжных труб и других устройств. Искусственная сушка в большинстве случаев осуществляется горячим воздухом.
|