Фосфорная кислота

 

Определение числа единиц переноса по газовой фазе.

 

Рис 14.

 

. (2.9)

 

Находим критерий Re:

 

, где (2.10)

 

-коэффициент динамической вязкости  пара Па*с;

 

при 45,40С; [2, с. 548 табл.ХХХIX].

 

Коэффициент массоотдачи в газовой  фазе:

 

; (2.11)

 

.

 

Критерий Прандтля для жидкой фазы:

 

, где (2.12)

 

- плотность и вязкость воды  при 45,40С; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

.

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

 

; (2.13)

 

.

 

Находим коэффициент распределения m, как tg угла наклона равновесной  линии при среднем значении

 

=:

 

Определение коэффициента распределения m.

 

Рис 15.

 

. (2.14)

 

Определяем поверхность массопередачи  одной тарелки:

 

F=9,08-1,128=7,952 м2. [8, с. 134 табл. 12]. (2.15)

 

Определяем число действительных тарелок:

 

=2 тарелки.

 

2.2.4 Конструктивный расчет

 

Для аппарата с D=3400 мм выбираем сталь 15Х5М, при этом толщина стенки цилиндрической обечайки 20 мм [8, с. 130 табл. 9].

 

Определение параметров штуцеров для ввода газовой смеси:

 

Скорость для смеси в штуцерах принимают :

 

- для газов-

 

Принимаем

 

Вход абсорбента (воды):

 

Скорость для жидкости-;

 

Принимаем .

 

Выход раствора фтористых газов  в воде: принимаем 

 

Выход газа после абсорбции: принимаем

 

Определяем конструкцию и размеры  фланцев штуцеров:

 

Выбираем плоские приварные  фланцы:

 

Рис 16. Фланец.

 

Dy=3400 мм ,S=20 мм, h=60 мм,hв=650 мм.

 

Рис 17. Конструкция эллиптического днища.

 

Рассчитываем нагрузку на опоры  абсорбера и выбираем стандартные.

 

Находим массу аппарата полностью  заполненного водой:

 

, где 

 

D и H -диаметр и высота абсорбера, D=3400 мм, H=5000 мм,-плотность воды -1000 кг/м3.

 

10,4 т.

 

Масса аппарата:

 

,

 

 т.

 

Нагрузка на опору:

 

M= Мн.

 

Выбираем опору (лапы) в количестве 4 шт. ОВ-1-Б-16,0-8 ОН 26-01-69 [9, 673 с. табл. 29,2]

 

L=280 мм, L1=320 мм, L2=260 мм, L3=400 мм ,В=310 мм, В1=220 мм, В2=230 мм,Н1=460 мм, а=50 мм, а1=80 мм, d=42 мм , болты М36.

 

Рис 18. Опоры.

 

2.3 Расчет барометрического конденсатора

 

 

2.3.1 Технологический расчет

 

Давление в аппарате 0,1 атм. По таблицам насыщенного водяного пара находим  его параметры ; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Температура пара (tнас)-45,4 0С ; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Энтальпия пара (iп)-2581*103 Дж/кг; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Плотность пара (?п)-0,06686 кг/м3; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Удельная теплота парообразования (rп)-2390*103 Дж/кг; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Расход охлаждающей воды находится  из уравнения теплового баланса  конденсатора:

 

D*iп+W*cн*tнач=(D+W)* cк*tк ,где (3.1)

 

D-массовый расход конденсирующегося  пара: 3,056 кг/с.

 

tнач- температура охлаждающей  воды на входе в конденсатор: 10 0С.

 

tк- температура водоконденсатной  смеси принимается на 2-5 0С ниже  температуры tнас = 40,4 0С.

 

cн, cк- удельная теплоемкость  воды при tнач и tк: 4,274*103 и 4,223*103 Дж/(кг*град) соответственно [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

Расход охлаждающей воды:

 

;

 

Диаметр корпуса конденсатора (Dк) рассчитывается из уравнения расхода  паровой фазы:

 

(3.2)

 

-скорость пара на полное сечение  конденсатора принимается в зависимости от диаметра конденсатора. Примем =20 м/с:

 

.

 

Принимаем диаметр корпуса , допустимая скорость [6, 95 с. Табл.3.9]. ,что приемлемо  для данного диаметра аппарата.

 

2.3.3 Тепловой расчет аппарата

 

Тепловой расчет заключается в  проверке обеспечением наличным числом полок достижения принятого конечного значения температуры водоконденсатной смеси. Он состоит в последовательном расчете температуры жидкости при ее падении на ниже лежащую полку.

 

Изменение температуры воды в данном случае происходит вследствие совместного тепло- и массообмена между паром и водой и для одного интервала между полками может быть рассчитано по критериальной зависимости вида:

 

(3.3)

 

-температуры водоконденсатной  смеси в момент стекания с  предыдущей полки и при падении на последующую соответственно.

 

-критерий Прандтля;

 

-критерий Фруда;

 

-геометрический симплекс;

 

а- расстояние между полками. [6, 95 с. Табл.3.9].

 

Определяющая температура - средняя  температура жидкости на интервале  между полками, определяющий размер - эквивалентный диаметр ,стекающей пленки в ее среднем сечении.

 

Явный вид зависимости:

 

, где (3.4)

 

W0= ,где (3.5)

 

b- ширина полки; 

 

h-высота полки; [6, 95 с. Табл.3.9].

 

-плотность жидкости при средней  температуре. 

 

Ширина полки рассчитывается по нормализованной длине полки С=1,25 м и диаметру корпуса конденсатора =2 м [6, 95 с. Табл.3.9].

 

=1,936 м. (3.6)

 

Превышение уровня жидкости над  сливным порогом тарелки определяется из формулы водослива, которая относительно h запишется следующим образом:

 

; (3.7)

 

Из уравнения имеем:

 

W0= ; (3.8)

 

Значение определяющего размера - эквивалентного диаметра сечения  пленки для ее среднего сечения определяется по формуле:

 

; (3.9)

 

Толщина пленки рассчитывается из уравнения  расхода жидкости, записанного для среднего сечения пленки:

 

; (3.10)

 

- скорость движения пленки жидкости  для среднего сечения между  полками ,которая определяется  как средняя арифметическая между  скоростью стекания воды с  последующей полки и падения  ее на последующую:

 

, где (3.11)

 

-расстояние между полками принимаемое по таблице [6, 95 с. Табл.3.9].

 

=0,5 м

 

3,634 м/с ;

 

0,008206 м;

 

.

 

Определяем температуру воды при  падении на вторую полку:

 

;

 

19,13 0С

 

Тепловой поток от пара к пленке жидкости на интервале между первой и второй полками определяется по уравнению теплового баланса для этого участка:

 

,где (3.12)

 

-массовая теплоемкость воды  при средней температуре на  интервале между полками.=4,264*103 Дж/(кг*К) [2, с. 537 табл.ХХХIX].

 

14,57 0С; (3.13)

 

2,24*106 Вт.

 

Отсюда находим массу пара , конденсирующегося на участке между первой и второй полками:

 

0,891 кг/с; (3.14)

 

что составляет =%.

 

Расход жидкости, стекающей со второй полки, складывается из расхода воды и конденсата, образовавшегося между  первой и второй полками:

 

=58,5 кг/с. (3.15)

 

Проводим последовательно аналогичный  расчет для следующих интервалов между полками.

 

Таблица 6.

 

№ 

Интервал расчета 

Расстояние между тарелками

 

а, м 

Расход воды

 

W, кг/с 

Высота слоя воды на тарелке h,м 

Скорость стекания воды с тарелки W0,м/с 

Средняя толщина пленки

 

? ,м 

Эквивалентный диаметр сечения  пленки

 

dэкв,м  

Средняя скорость падения пленки

 

Wср, м/с 

Температура воды, 0С 

Тепловой поток

 

Q*10-6 

Масса сконденсировавшегося пара 

 

Начальная  

Конечная    

Кг/с 

% 

 

1 

1-2 

0,5 

57,6 

0,064 

0,469 

0,0082 

0,016 

3,634 

10 

19,13 

2,24 

0,891