Технологический расчет оборудования отделения десорбции и абсорбции хлористого водорода, страница 4

2.1. Расчет критерия Рейнельдса производим по формуле:

Rе = ,

где П – смоченный периметр сечения абсорбера (м);

μ– коэффициент динамической вязкости (Па∙с);

ℓ – длина труб.

1) d_вн = 30 мм = 0,03 м.         n = 93 шт.             ℓ = 3 м.

П = π ∙ d_вн ∙ n      П = 3,14 ∙ 0,03 ∙ 93 = 8,76 м.

Rе =  = 250

F = П ∙ ℓ              F = 8,76 ∙ 3 = 26,24 м²

2) d_вн = 60 мм = 0,06 м                    n = 93 шт.              ℓ = 3 м

П = π ∙ d_вн ∙ n      П = 3,14 ∙ 0,06 ∙ 93 = 17,5 м.

F = П ∙ l = 17,5 ∙ 3 = 52,5 м²

Rе =  = 120

3) d_вн = 60 мм = 0,06 м                    n = 54 шт.              ℓ = 3 м.

П = π ∙ d_вн ∙ ℓ                 П = 3,14 ∙ 0,06 ∙ 54 = 10,1 м

Rе =  = 216,02

F = П ∙ ℓ = 10,1 ∙ 3 = 30,3 м²

4) d_вн = 60 мм = 0,06 м                    n = 57 шт.              ℓ = 3 м

П = π ∙ d_вн ∙ l = 3,14 ∙ 0,06 ∙ 57 = 10,7 м

Rе =  = 203,9            F = П ∙ ℓ = 32 м²

Результаты расчета сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

№ варианта	dвn, м	n, шт	ℓ, м	П, м	Rе	F, м2
1	0,03	93	3	8,76	250	26,24
2	0,06	93	3	17,5	120	52,5
3	0,06	54	3	10,1	216,02	30,3
4	0,06	57	3	10,7	203,9	32

2.2. Определение толщины пленки

,

где v – коэффициент динамической вязкости; q – ускорение свободного падения.

 = 2,54 ∙ 10^-4 м = 0,254 мм,

2.3. Расчет критерия Прандтля

Диффузионный критерий Прандтля определяется из выражения:

Р_г = ,

где С – теплоемкость раствора Дж/кг∙К, λ– коэффициент теплопроводности Вт/м∙К.

С_10%НСl = 2,7 кДж/кг.                   Р_г =  = 5,7

2.3. Определим значение коэффициента теплоотдачи от охлаждающей воды к стенке /10, стр.37, уравнение 2.4/:

α = 1,05 l×  = 1,05   = 2400 Вт/(м²К)

Примерно α = 1000÷10000 Вт/(м²К)

Примем α = 5000 Вт/(м²К)

2.4. Определение коэффициента теплопередачи:

К = ,

где δ_ст – толщина трубки, м; λ_ст – коэффициент теплопроводности материала трубок Вт/(м²К).

К =  = 1577 Вт/(м²К)

2.5. Количество отводимой теплоты определяется диффузионным тепловым эффектом:

q^НСl = 1945 кДж/кг

Количество отводимой теплоты

Q₁ = L_н ∙ q = 0,6 ∙ 1945 = 927 кВт = 0,927 ∙ 10⁶ Вт

2.6. Поверхность теплообмена:

F = .

3.6. Расчет массообменного процесса получения слабой соляной кислоты

G_n = 0,07 кг/с;              G_к = 0,7 ∙ кг/с

L_n = 0,6 кг/с;                 L_к = 0,67 кг/с

1. Находим массу распределяемого компонента:

М = 0,07 – 0,7 ∙ 10^-4 = 0,07 кг/с;

М = 0,6 – 0,67 = 0,07 кг/с;

2.Средняя движущая сила процесса мессопередачи:

ΔУ_ср =

3. Диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы:

Рr_ж =

D_ж – коэффициент молекулярной диффузии для жидкой фазы.

D_ж = D_о [1 + в(t - 12)]

D_о = 2,3 10^-19

Коэффициент «в» рассчитывается

в =  =  = 0,022

D_ж = 2,3 ∙ 10^-9 [1 + 0,022(40 - 12)] = 3,7 ∙ 10^-8 м²/с

Рr′_ж =  =

4. Расчет критерия Рейнольдса

Re =

Скорость жидкости будет равна:

W_ж =

W_ж =

Rе =

5. Диффузионный критерий Нуссельта:

Nu′_ж = А ∙ Re^m ∙ (Pr_ж)ⁿ ()^р

m = 0,45              Рr = 0,5

n = 0,5                 А = 0,89

Nu′_ж = 0,89 (218)^0,45(297,3)^0,5 ()^0,5 = 1,84

6. Определение коэффициента массоотдачи в жидкой фазе:

β_у = кг/(м²с).

7. Характеристическая газовая постоянная газа:

Rсм = 227,8 ∙ 0,875 + 128,9 ∙ 0,125 = 215,44 Дж/(кг К)

q_НСl = 0,875

 = 0,125

М_см =  = 38,6 кг/кмоль

8. Плотность газа:

r_г =

9. Трубное сечение аппарата:

S_тр =

10. Скорость газа:

W_г =  = м/с

11.Критерий Рейнольдса в газовой фазе:

Re_г =  =

12. Находим коэффициент молекулярной диффузии в газовой фазе

D_г =

ν_А, ν_в – мольные объемы компонентов:

V_HCl = V_H + V_Cl = 3,7 + 24,6 = 28 м³/кмоль

V_В =  = V_C2 + V_H5 + V_Cl = 2 ∙ 14,8 + 5 ∙ 3,7 + 24,6 = 72,7 м³/кмоль

М_а, М_в – молекулярные массы компонентов, кг/кмоль.

D_г = \

13. Критерий Прандтля для газовой фазы:

Рr′_г =  =

14. Критерий Стантона:

St = (0,11 + 0,9 К_а^2/3) (Re_г)^-0,16 (Рr_г)^-2/3

Ка =

Г =  = 6,5 ∙ 10^-3

Ка =

St = [0,11 + 0,9 (8, ∙ 10^-4)^0,67]  = 0,041

15. Критерий Нуссельта для газовой фазы:

Nu_г = St ∙ Re_г ∙ 1,65 = 0,041 ∙ 1670 ∙ 1,65 = 113

16. Коэффициент массоотдачи по газовой фазе:

β_у = кг/(м²с)

17. Коэффициент распределения:

m =

18. Коэффициент массопередачи:

К_у =  кг/(м²с)

19. Поверхность массообмена:

F =  =  = 51,0 м².

Выбираем два абсорбера площадью по 32 м².