Технологический расчет оборудования отделения десорбции и абсорбции хлористого водорода

Глава 3. Технологический расчет оборудования отделения десорбции и абсорбции хлористого водорода

3.1.  Десорбер хлористого водорода

1.  Уравнение материального баланса:

М = G_СР (y_Н - у_К) = L_СР (X_К - Х_Н) = L_Н - L_К = G_К - G_Н = 0,066 кг/с

2.  Определение коэффициента массоотдачи в газовой фазе:

β_г =

D_г = 0,0509 см²/с = 0,0509 ∙ 10^-4м²/с. – коэффициент молекулярной диффузии НСl в воздухе, данные взяты из производственного регламента.

Re – задаемся ламинарным режимом движения, Re = 2000:

β_г =

3.  Определение коэффициента масоотдачи в жидкой фазе:

β_ж =

Рr_ж =

Теплофизические свойства раствора этилсиликата взяты из производственного регламента:

 кг/м³,

 м²/с,

β_ж =

4.  Коэффициент массопередачи:

К =

 кг/(м²с)

5.  Средняя движущая сила:

ΔУ_ср =

6.  Поверхность контакта фаз:

М = К_у F ΔУ_ср

F =

7. Выбор трубы:

Диаметр труб - d = 0,15 м

Число труб - n = 1 шт

Длина труб - ℓ = 3 м

Общая поверхность контакта фаз - F = d · ℓ · n = 0,15 · 1 · 3 = 0,45 м²

3.2. Семисекционный десорбер

1.  Построение рабочей линии

Рис. 3.1. Рабочая, равновесная и кинетические линии для противоточной десорбции хлористого водорода из раствора этилсиликата

2.Уравнение материального баланса:

М = G_СР (y_Н - у_К) = L_СР (X_К - Х_Н) = L_Н - L_К = G_К - G_Н = 0,014 кг/с

3. Построение кинетической кривой и определение числа единиц переноса графическим методом

Рис. 3.2. Определение числа единиц переноса графическим методом

Число единиц переноса может быть найдено более простым графическим методом, если равновесная линия на всех участках, соответствующих одной единице переноса, является прямой или имеет малую кривизну, а рабочая линия — прямая. В этом случае на диаграмме проводят линию О — О, делящую пополам отрезки ординат между рабочей и равновесной линиями. Каждый такой отрезок представляет собой движущую силу массопередачи в данной точке аппарата, равную у* — у. Затем из точки А(х_к, у_н) рабочей линии проводят горизонталь  так, что =  или =  2. Из точки С проводят вертикаль  до пересечения с рабочей линией.

Таким построением получают «ступеньку» ACD, состоящую из двух отрезков, выражающих изменение рабочих концентраций фаз: горизонтальный отрезок  (фазы Ф_х) и вертикальный отрезок  (фазы Ф_у). Вертикаль , проведенная пунктиром через точку В, изображает среднюю движущую силу на участке аппарата, в котором изменение рабочих концентраций фаз характеризуется отрезками  и .

Из подобия треугольников ACD и ABE следует, что = , но по построению и = 2 _l, откуда:

=

Таким образом, изменение рабочей концентрации (отрезок)  на данном участке аппарата равно средней движущей силе на том же участке (отрезку ) и, следовательно, «ступенька» изображает одну единицу переноса.

Строя аналогично «ступеньки» до пересечения с ординатой, отвечающей х_н, находят число единиц переноса.

Последняя «ступенька» может быть неполной и, значит, число единиц переноса — не целым. В этом случае величину доли полной «ступеньки», которую составляет последняя «ступенька», определяют по отношению отрезков MN и МР. Если рабочая линия расположена выше линии равновесия, то построение «ступенек» начинают с противоположного (нижнего) конца рабочей линии.

Число единиц переноса n = 7

4.  Определение коэффициента массоотдачи в газовой фазе:

β_г =

D_г = 0,0509 см²/с = 0,0509 ∙ 10^-4м²/с. – коэффициент молекулярной диффузии НСl в воздухе, данные взяты из производственного регламента.

Re – задаемся ламинарным режимом движения, Re = 2000:

β_г =

5.  Определение коэффициента масоотдачи в жидкой фазе:

β_ж =

Рr_ж =

Теплофизические свойства раствора этилсиликата взяты из производственного регламента:

 кг/м³,

 м²/с,

β_ж =

6. Коэффициент массопередачи:

К =

 кг/(м²с)

7.  Средняя движущая сила:

ΔУ_ср =

8.  Поверхность контакта фаз:

М = К_у F ΔУ_ср

F =

9. Выбор труб:

Диаметр труб - d = 0,15 м

Число труб - n = 7 шт

Длина труб - ℓ = 3 м

Общая поверхность контакта фаз - F = d · ℓ · n = 0,15 · 7 · 3 = 3,15 м²

10  .Режим движения жидкости и газа (поверочный расчет):

а) d_экв =

S_тр =

½ S_тр = S_ж = 0,00884 м².

б) W_г =

Re_г =  

Re_г < 3200 - режим движения газа – ламинарный.

в) W_Ж =

Re_Ж = .

Re_Ж < 3200 - режим движения газа – ламинарный.

3.3. Абсорбер крепкой соляной кислоты

Рис. 3.3. Схема материальных потоков для абсорбции хлористого водорода водой и получение крепкой и слабой соляной кислоты