7006
.pdf71
ϕ - коэффициент, зависящий от типа аппарата; ∆ – средняя разность температур теплоносителей 0 С.
8 .4 . Расчет скруббера с насадкой
При охлаждении в нем воздуха водой рекомендуется
уравнение Н. М. Жаворонкова.
воздух
влагоотделение
вода
насадка
воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ki = 0,01Reг0,7 Reж0,7 Prг0,33,
где Ki = kdэλг - критерий Кирпичева, характеризующий тепло и массообмен между газом и жидкостью;
k - коэффициент теплопередачи, Вт/ м2 ×К;
dэ = 4Vсв S - гидравлический диаметр насадки, где Vсв - свободный объем насадки, м3 ;
S - поверхность насадки в единице объема, м2 / м3 ;
Re г = 4ωгVсвν г S - число Рейнольдса для газов;
72
ω г - средняя ( оптимальная) скорость газа перед насадкой в
сечении пустого скруббера, м/ с;
ν г - кинематический коэффициент вязкости газа при средней
температуре, м2 / с; |
|
||
Prг - число Прандтля для газов. |
|
||
Reж = Нω dэ ν ж - |
число |
Рейнольдса для |
жидкости, где Hω - |
плотность |
или |
интенсивность |
орошения насадки, |
м2 / ( м3 ×с); |
|
|
|
Hω = 4G′πD2
здесь G′ - расход охлаждающей воды, м3 / с; D - диаметр колонки, м2 ;
ν ж - коэффициент кинематической вязкости при ее средней температуре.
Определение коэффициента теплопередачи при охлаждении паровоздушной смеси водой в скрубберах с насадкой
Ki = 0,17 Re0г,7 Prж0,7 Prг0,33 X 1,15 ,
где X - паросодержание ( объемное) в долях единицы. Формулы получены на основании результатов опытов с
различными насадками при плотности орошения 3 ,5 - 10 м3 / ( м2 ×час) . Отношение объема воздуха к объему пара ( при нормальных условиях) составляет 1:1; 2 :1; 3: 1 или в пересчете на влагосодержание 200 - 60 0 г/ кг сухого воздуха. Начальная температура паровоздушной сети менялась в пределах 80 - 90 оС.
Активный объем скрубберной насадки:
V = |
Q |
|
|
|
3 |
|
|
|
k tSϕ , м |
, |
где Q - количество теплоты, участвующей в тепло и массообмене, Вт;
k - коэффициент теплопередачи насадки, Вт/ ( м2 ×К); S - поверхность насадки в единице объема, м2 / м3 ;
ϕ = 3S f (Hω )- коэффициент смачиваемости насадки, значение f (Hω ) определяют по таблице.
73
Hω |
|
1 |
2 |
|
4 |
|
6 |
|
8 |
10 |
15 |
|
20 |
|
30 |
40 |
|
60 |
f (Hω ) |
24 |
15 |
|
9 ,8 |
|
6 ,6 |
|
5 ,3 |
6 |
5 ,3 |
|
4 ,8 |
|
4 ,4 |
4 ,2 |
|
3 ,8 |
|
|
Все насадки можно разбить на две группы: правильно |
|||||||||||||||||
укладываемые |
|
|
и |
лежащие |
|
беспорядочно. |
|
Насадки |
||||||||||
характеризуются поверхностью в единице объема S , м2 / м3 , |
||||||||||||||||||
свободным |
объемом V |
|
, м3 |
/ м2 , |
живым |
сечением |
f , м2 / м2 – |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ов |
|
|
|
|
|
м/ м2 |
|
|
|
||
поперечного |
сечения, |
периметром |
|
П , |
– |
поперечного |
сечения.
8 .4 . Расчет полого без насадочного скруббера с форсунками
Коэффициент теплообмена капель в газовом потоке при Re в пределах 1 - 200 определяется по формуле Нестеренко А.В.
Nu = 2 + 1,05Re0г,5 Prг0,33 Gu0,175 ,
где а) Nu = αdк λг ,
α - коэффициент теплообмена, Вт/ ( м2 ×К);
dк - диаметр капель, м;
λг - коэффициент теплопроводности газа при средней
температуре поверхности капель и окружающего воздуха, Вт/( м×К);
d |
к |
= a |
k |
× (8σ ρ ω 2 ), м – максимальный размер капель при |
|
|
в |
распыливании форсунками;
σ- коэффициент поверхностного натяжения, Н/ м;
ρв - плотность распыливаемой среды, кг/ м3 ;
ω- скорость выхода струи, м/ с; ак - коэффициент, зависящий от свойств жидкости, для воды
k = 2,5 , спирта – 3 ,5 , глицерина – 5 .
Приближенное значение dк = 3Р , мм, где P - давление перед форсункой, ати.
б) Re = ωdk ν - число Рейнольдса,
ω- действительная скорость падения капли, м/ с.
При противотоке ω = ωo − ω2 , при прямотоке ω = ωo + ω2 ,
74
где ωo = 162d gρг - скорость витания капли, м/ с;
ωг - скорость движения газа в колонке;
νг - коэффициент кинематической вязкости воздуха при его
средней температуре, м2 / с; Pr г - число Прандтля газа.
в) Gu = (Tc − Tм )Тс - гигрометрическое число Прандтля,
Tc ,Tм - температуры окружающего воздуха по сухому и мокрому термометрам, оК.
Средняя разность температур в смесительных теплообменниках
t = |
|
1 |
, |
∑ |
в |
||
tпр |
|
||
|
|
|
где в- отопление изменения температуры воздуха в ступени к полному изменению его температуры в скруббере;
tпр - средняя разность температур в одной ступени.
Поверхность капель в 1 м3 объема скруббера
F = 103 fτHω , м2 ,
где τ = 1 ω - время падения капли с высоты 1 м, с; |
|
|||
f = 6 d |
к |
- поверхность капель в 0 ,00 1 м3 |
жидкости, м2 |
; |
|
|
|
|
|
dк - диаметр капли, мм. |
|
|
Активный объем аппарата при тепло и массообмене капель в газовом потоке
V = α Q ϕ , tF
где ϕ -0 ,95 - 0 ,85 – поправочный коэффициент, учитывающий несовершенство процессов тепло и массообмена.
75
8 .5 . Расчет гидравлического сопротивления аппратов с
пористыми и зернистыми насадками
При расчете гидродинамического сопротивления таких слоев можно использовать зависимость, аналогичную для определения потерь давления на трение
Dpк = λ |
l |
× |
ρω 2 |
|
|
, |
|||
d |
||||
|
|
2 |
где λ - общий коэффициент сопротивления, отражающий влияние трения и местных сопротивлений при движении по каналам слоя и обтекании отдельных элементов слоя;
l - средняя длина каналов слоя;
ρ - плотность жидкости или газа;
ω- средняя истинная скорость движения газа в каналах.
На основе внутренней задачи можно преобразовать это выражение к более удобному виду
pc = |
λHaρω 2 |
|
o |
, |
|
|
8ε 2 |
|
где H - высота слоя;
a - удельная поверхность представляющая собой поверхность частиц материала, находящихся в единице объема, занятого слоем;
ε - порозность, или доля свободного объема (отношение объема свободного пространства между частицами к объему, занятому слоем);
ωo - фиктивная скорость жидкости или газа, рассчитываемая как отношение объемного расхода движущейся среды ко всей площади поперечного сечения или слоя.
76
Значение λ находят по уравнению
λ = 133 + 2,34 .
Re
|
Re = |
4ωo |
ρ |
|
Число |
|
|
. |
|
aμ |
|
|||
|
|
|
|
Если неизвестно a , тогда бывает удобнее использовать выражение, полученное на основе внешней задачи
|
3λH (1 − ε )ρω 2 |
||||
pc = |
|
|
|
o |
, |
4ε |
2d |
|
|
||
|
ч |
ф |
|||
|
|
|
|
|
где dч - диаметр частиц правильной шаровой формы, для частиц неправильной формы;
dч - диаметр эквивалентного шара, имеющего такой же объем как и частицы;
ф- фактор формы частицы, определяемый соотношением
ф = Fш F4 ;
Fш - поверхность шара, имеющая тот же объем, что и данная частица с поверхностью Fч .
Величину λ определяют по соотношению λ = (133 Re) + 2,34
Re = |
2 |
× |
ф |
|
Re , |
|
(1 - ε ) |
||||
3 |
|
o |
|||
|
|
|
|
|
где Reo = ωod4 ρ .
μ
|
|
|
77 |
Тогда a = |
6(1 − ε ) |
. |
|
|
|
||
|
фd4 |
|
|
По выражению |
рассчитывают λ для зернистых |
слоев с относительно равномерным распределением пустот ( слоев зерен, гранул, шарообразных частиц) .
При движении газов или паров через слоев колец Рашига внутренние полости колец нарушают равномерность распределения пустот. В этом случае для расчета λ используют следующие соотношения.
Для колец загруженных в навал
при Re < 40 |
λ = |
140 |
; |
|
|
|
|||||
|
|
|
Re |
||
при Re > 40 |
λ = |
|
16 |
. |
|
|
|
||||
|
Re0,2 |
Для правильно уложенных колец
λ = |
A |
, |
Re0,375 |
A = 3,12 +17(dэН )× (dHdвн )1,37 ,
где dн и dв - наружный и внутренний диаметры кольца.
Эквивалентный диаметр
dэ = 4ε .
а
При свободной засыпке частиц доля свободного объема составляет в среднем ε = 0,4 . Фактор формы для круглых частиц
78
заключен между ф =1 ( для правильных шаров) и ф = 0,806 ( для
правильных кубов) . Для цилиндрических частиц в зависимости от отношения hdц ф = 0,59 при hц dц = 5 ,
9 .1 . Сушильные установки. назначение и виды
обезвоживания
При обезвоживании в материале могут происходит происходить структурномеханические, реалагоческие, биологические, биохимические процессы, способствующие повышению прочности материала ( дерево, кирпич), увеличению теплоты сгорания ( уголь, торф), уменьшению массы и объёма материала, удлинению сроков хранения.
Среди существующих методов выделяют химический, механический и тепловой.
Физико-химический – удаление влаги путём соприкосновения материала с гигроскопическими веществами ( хлористый кальций, селикогель) . Этот метод используется в малогабаритных производствах или в лабораторных условиях.
Механический – |
процесс |
разделения системы |
жидкость - |
|||||
твёрдое |
тело |
происходит под |
действием |
механических сил |
||||
( давление, гравитационные, центробежные) . |
|
|
||||||
Тепловой – |
удаление влаги с подводом теплоты. |
|
||||||
Механическое обезвоживание – |
разделение гетерогенных |
|||||||
систем или суспензий до влажности 5 ÷ 7% . |
|
|
||||||
Для этого (для разделения суспензий) по способу создания |
||||||||
и движущей силы процессы делят на 4 группы: |
|
|||||||
1 |
. Отстойник. |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
. Вакуумфильтры ( перепад давления от 0 ,02 до 0 ,07 |
|||||||
|
МПа) . |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
. Отстойные или фильтрующие центрифуги (перепад |
|||||||
|
давления от 0 ,1 до 0 ,3 МПа) . |
|
|
|
||||
4 |
. Фильтры, работающие под давлением до 1 МПа. |
|||||||
Сушка – |
совокупность |
|
тепловых |
и массообменных |
||||
процессов, |
происходящих |
внутри |
влажного |
материала |
||||
( внутренняя |
задача |
сушки) |
и |
за |
пределами |
поверхности |
( внешняя задача сушки) . Знание свойств сушки материала позволяет выбрать рациональный метод и режим сушки.
79
Все сушильные материалы классифицируют: 1 . Капиллярно-пористые; 2 . Коллоидные;
3 . Капиллярно-пористые коллоидные.
1 -ая группа: при обезвоживании почти не изменяют свои размеры, при глубоком обезвоживании и механическом воздействии они могут быть превращены в дисперсные материалы (обожжённые керамические материалы, активированный уголь, песок) .
2 -ая группа: при изменении содержания в них влаги существенно изменяют геометрические размеры, сохраняя эластичные свойства (желатин, мучное тесто) .
3 - ья группа: эластичны, способны к набуханию при увлажнении и усыхании при обезвоживании. Большинство влажных материалов относятся к этой группе ( торф, ткани, кожа, древесина).
Свойства влажных материалов, а также скорость процессов переноса в них зависят от форм связи влаги с материалом.
Согласно классификации, в основу положена энергия связи влаги с материалом, выделяют по порядку убывания энергии связи три формы: химическую, физико-химическую, физикомеханическую.
Адсорбционная влага – это влага адсорбционного пара из окружающей поверхностью в порах, пустотах, капиллярах составляющих скелет вещества.
Осмотическая влага – это влага за счёт осмотического давления, вызывающая избирательную диффузию влаги из окружающей среды через полупроницаемую оболочку.
Микрокапилляры – в них длина свободного пробега молекул много меньше диаметра капилляра.
Существует 2 вида сушки:
1 . Естественная – за счёт тепла естественного окружающего воздуха, требующая больших площадей, длительности времен и зависит от атмосферного воздействия и времени года.
Искусственная – происходит в специальных камерах с подачей в них сушильного агента, который забирает влагу из материала. В качестве сушильного агента используют воздух,
смесь
2 . дымовых газов с воздухом, пар ( в т.ч. перегретый) и минеральные масла.
80
В зависимости от способа подвода теплоты различают следующие сушильные установки:
1 . Конвективные;
2 . Кондуктивные;
3 . Терморадиационные;
4 . Электромагнитные;
5 . Комбинированные.
Испарение влаги создаёт перепад влагосодержания между внутренними и поверхностными слоями, что вызывает непрерывное движение влаги в направлении поверхности.
Количество влаги можно определить из уравнения:
|
W |
= |
760 |
× β ×(Р - Р ), |
кг |
|
, |
|
|||
|
|
|
|
м2 × |
|
|
|||||
|
F ×τ |
B |
п |
в |
ч |
|
|||||
где F – поверхность испарения; τ – время; B – |
|||||||||||
барометрическое давление |
в |
мм рт. ст. ; β – |
коэффициент |
||||||||
испарения, зависящий от скорости воздуха; Рп |
– давление |
||||||||||
насыщенного пара у поверхности материала; Рв – |
парциальное |
||||||||||
давление паров в воздухе, которые омывают поверхность. |
|||||||||||
Свободная поверхность |
|
– |
та |
поверхность |
смачивания, |
которая позволяет влаге, находится на её поверхности.
При испарении жидкости со свободной поверхности определяется коэффициент теплоотдача:
Nu = αλ×d = Nu0 + A×Ren × Pr0,23 ×Gu0,175 ,
где |
Gu = |
T c -T м |
, где T c и T м – температуры сухого и мокрого |
|||||||||||||
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
Т м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
термометров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Если ω = 0 , то Nu = Nu0 = 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Соотношение между влажность и массой пара. |
|
|||||||||||||||
Существует 2 понятия влажности материала: |
|
|
||||||||||||||
|
1 . На общую массу – |
ω 0 = |
W |
×100% = |
W |
×100% , |
в пределах |
|||||||||
|
|
|
Gсух +W |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G0 |
|
|
|
|||
|
|
[0 ¸100]% ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 . На сухую массу – |
ω c = |
W |
×100% , в пределах [0 ¸ ¥]. |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gсух |
|
|
|
|
|||
Из материального баланса следует: W = W1 -W2 |
= G1 - G2 , |
|||||||||||||||
где |
W |
– |
|
количество |
влаги, испарённой |
со |
свободной |
|||||||||
поверхности; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
W1 |
– |
влага в материале до сушки; |
|
|
|
|
||||||||||
W2 |
– |
влага в материале после сушки. |
|
|
|
|
||||||||||
W = |
G ×ω 0 |
- |
G |
×ω |
0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1 |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 100