Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

Кафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»

Расчет распылительной экстракционной колонны

Выполнил:

ст.гр.

Каверин

Проверил:

ст.преподаватель

Прохоренко Н.А.

Волгоград 2021

Оглавление

• Введение
• 1. Задание на проектирование
• 2. Расчет распылительной экстракционной колонны
• 2.1 Расход экстрагента.
• 2.2 Диаметр рабочей зоны колонны
• 2.3 Фиктивные скорости фаз
• 2.4 Число отверстий распределителя дисперсной фазы
• 2.5 Уточненный расчет размеров капель
• 2.6 Удерживающая способность
• 2.7 Удельная поверхность контакта фаз
• 2.8 Высота рабочей зоны колонны
• 2.8.1 Уточненный расчет высоты рабочей зоны колонны
• 2.9 Диаметр и высота отстойных зон колонны
• Выводы
• Список использованных источников
• Приложение

Введение

Экстракцией называется процесс разделения жидких и твердых смесей путем избирательного растворения одного или нескольких компонентов в жидкостях, называемых в дальнейшем экстрагентами. Движущей силой перехода (диффузии) компонентов из исходных смесей в экстрагенты является разность концентраций в обеих средах. Как и в других процессах массообмена (абсорбция, ректификация), этот переход прекращается по достижении равновесного состояния системы. Таким образом, независимо от агрегатного состояния исходной смеси процесс экстракции базируется на законах диффузии и равновесного распределения переходящих компонентов между двумя фазами (жидкость - жидкость, твердое вещество-жидкость). Однако теоретическое описание, методы инженерного расчета и аппаратурное оформление процессов экстракции из жидких и твердых исходных смесей различны.

Существуют такие виды экстракции как:

твердо-жидкофазная (при которой проддукт из твердой фазы переходит в жидкую)

жидко-жидкофазная (когда обеспечивается перевод продукта из одной жидкой фазы в другую, так же жидкую фазу)

Виды экстракторов

В зависимости от способа контакта фаз экстракторы подразделяются на следующие группы:

ступенчатые, или секционные,

дифференциально-контактные

смесительно-отстойные.

Ступенчатые (секционные) экстракторы состоят из отдельных секций, в которых изменение концентрации в фазах происходит скачкообразно. Ступенчатые экстракторы бывают без механических перемешивающих устройств (тарельчатые) и смесительно-отстойные (горизонтальные, вертикальные, вертикальные центробежные).

Дифференциально-контактные экстракторы обеспечивают непрерывный контакт между фазами и плавное непрерывное изменение концентраций в фазах. Дифференциально-контактные экстракторы бывают без механических перемешивающих устройств (распылительные, с тарелками-перегородками, насадочные) и механические (многоступенчатые смесительные, пульсационные, центробежные).

Смесительно-отстойные экстракторы состоят из нескольких ступеней, каждая из которых включает смеситель и разделитель. В смеситель подводится внешняя энергия, за счет которой происходит диспергирование одной из жидких фаз с образованием дисперсионной фазы, распределяющейся в другой -- сплошной фазе. Дисперсной фазой может быть легкая или тяжелая фаза. Разделитель является отстойником или сепаратором, в которых происходит разделение эмульсии на рафинат и экстракт.

Тарельчатые экстракторы - это колонные аппараты с ситчатыми тарелками, снабженными переливными устройствами. Взаимодействие фаз происходит в перекрестном токе на каждой тарелке. Диспергируемая фаза проходит через отверстия в тарелках и дробится на капли, а сплошная фаза движется вдоль тарелки от перелива к переливу.

Роторно-дисковый экстрактор относится к экстракторам с механическим перемешиванием фаз. Это вертикальный многосекционный аппарат, в котором диски разделены кольцевыми перегородками, что препятствует продольному перемешиванию потоков и способствует увеличению движущей силы процесса.

Движущиеся противотоком жидкие фазы смешиваются в каждой секции и в некоторой степени разделяются при обтекании неподвижных кольцевых перегородок, ограничивающих секции. Эффективность указанных экстракторов зависит от числа оборотов ротора, соотношения размеров дисков, расстояния между ними, соотношения расходов фаз. Разновидностью аппаратов этого типа являются экстракторы с турбинными мешалками вместо плоских дисков.

Преимущество роторно-дисковых аппаратов заключается в высокой производительности и интенсивности массопередачи.

Вибрационные и пульсационные экстракторы позволяют повышать интенсивность массопередачи. Если колебательное движение жидкостям сообщается пульсатором, то экстракторы относятся к пульсационным. Если это движение сообщается посредством движущегося возвратно-поступательного блока ситчатых тарелок, насаженных на подвижной общий шток, то экстракторы относятся к вибрационным. Пульсационные экстракторы могут работать в смесительно-отстойном и эмульгационном режимах.

В центробежных экстракторах экстракция протекает при непрерывном контактировании движущихся противотоком фаз при минимальном времени взаимодействия. В экстракционной установке непрерывного действия имеются экстрактор, емкости для исходного раствора, экстрагента, рафината и экстракта. Массообмен в экстракторе происходит в противотоке: экстрагент проходит через тарелки вверх, а исходный раствор движется ему навстречу.

1. Задание на проектирование

Определить размеры распылительной экстракционной колонны для извлечения фенола из воды экстракцией бензолом при следующих условиях: расход исходной смеси; начальная концентрация фенола в воде; конечная концентрация фенола в воде; начальная концентрация фенола в экстрагенте; температура в экстракторе 25 °С; плотность воды; плотность бензола; динамический коэффициент вязкости воды; динамический коэффициент вязкости бензола; межфазное натяжение.

Вариант исходных данных к заданию на проектирование представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

2. Расчет распылительной экстракционной колонны

2.1 Расход экстрагента

Минимальный расход экстрагента:

где -коэффициент распределения фенола между бензолом и водой при температуре 25 .

Реальный расход экстрагента:

Конечная концентрация фенола в нем составит:

Число теоретических ступеней:

где m=2,22- параметр линейной аппроксимации равновесной кривой.

Таблица 1 - Результаты расчета расхода экстрагента

По результатам таблицы необходимо определить требуемую эффективность колонны, которая составит около одной теоретической ступени. Необходимо принять расход экстрагента:

Для данного

2.2 Диаметр рабочей зоны колонны

где -диаметр отверстий распределения дисперсной фазы (диаметр отверстий подставлять в метрах);

По графику (рисунок 1) находим f(R).

f(R)=0,71 при R=0,26

Следовательно:

Таким образом, ориентировочный диаметр капель при капельном истечении равен:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Функция f(R) для расчета размеров капель при истечении из отверстий

Скорость свободного осаждения капель.

Суммарная фиктивная скорость фаз при захлебывании. Удерживающая способность при захлебывании в данном случае равна:

где - соотношение объемных расходов дисперсной и сплошной фаз;

где - характеристическая скорость капель в распылительной колонне.

Минимальный диаметр колонны:

где

Принимаем стандартный диаметр колонны .

2.3 Фиктивные скорости фаз

2.4 Число отверстий распределителя дисперсной фазы

Критерий Вебера:

Скорость в отверстиях распределителя:

Число отверстий:

Шаг между отверстиями должен быть равен:

2.5 Уточненный расчет размеров капель

2.6 Удерживающая способность

Характеристическая скорость капель в распылительной колонне:

Кубическое уравнение:

Коэффициенты р и q в данном случае равны:

Корни уравнения:

где

Корни кубического уравнения равны Ф=z+2/3

Принимаем величину удерживающей способности как наименьшее из значений Ф.

2.7 Удельная поверхность контакта фаз

Коэффициенты диффузии:

Находим коэффициенты диффузии фенола в воде и бензоле

Относительная скорость капель:

Критерии Рейнольдса и Прандтля:

Время пребывания капель в колонне и диффузионный критерий Фурье:

где H= 5 - первое приближение высоты рабочей зоны колонны;

Критерий Нуссельта:

Коэффициенты массоотдачи:

Коэффициент массопередачи:

Общее число единиц переноса:

Высота рабочей зоны колонны в первом приближении:

2.8.1 Уточненный расчет высоты рабочей зоны колонны

где - высота рабочей зоны колонны в первом приближении

Критерий Нуссельта:

Уточненный коэффициент массоотдачи:

Коэффициент массопередачи:

Общее число единиц переноса:

Высота рабочей зоны колонны в первом приближении:

Принимаем

2.9 Диаметр и высота отстойных зон колонны:

Принимаем диаметр отстойных зон:

Время коалесценции капель бензола:

Объем отстойной зоны:

Следовательно, высота отстойной зоны должна быть равна:

Принимаем отстойные зоны одинаковыми и равными

Выводы

В результате расчета распылительной экстракционной колонны получены следующие результаты:

Список использованных источников

экстракционная распылительная колонна

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского / М.: Химия, 1991. - 496 с.

2. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: Химия, 1981. - 812 с.

3. Баранов Д.А. Процессы и аппараты. Учебник для ВУЗов / Д.А. Баранов, А.М. Кутепов. - М.: Изд. центр «Академия», 2004. - 304 с.

4. Расчет экстракционной колонны. Методические указания для выполнения семестровой работы по курсу: «Специальные процессы химической технологии» / А.Б. Голованчиков, Н. А. Прохоренко - Волгоград: ВолгГТУ, 2018. - 32 с.

Приложение

Размещено на Allbest.ru