Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны

1.    Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны

[L_i, (i=1-5)]

L_i=L_i+1*, кг/час

Количество слабой H₂SO₄, поступающей в колонну (из материального баланса) составляет:

L₆= 7654.9 кг, температура кислоты t₆=150 ^ОС, концентрация C₆=70%, =1,494 т/м³

Количество серной кислоты, поступающей из пятой на четвертую ступень:

L₅==7654.9*0.7/0.75=7143 кг/ч (4687,5 м³ /ч)

X₅=0,75; t₅=165 ^ОС, =1,524 т/м³

Количество СК, поступающей из четвертой на третью ступень:

L₄==7143*0.75/0.8=6696.6 кг/ч (4273.49 м³ /ч)

X₄=0,8; t₄=180 ^ОС, =1,567 т/м³

Количество СК, поступающей из третьей на вторую ступень:

L₃==6696,6*0.8/0,84=6377,7 кг/ч (4059,6 м³ /ч)

X₃=0,84; t₃=200 ^ОС, =1,571 т/м³

Количество СК, поступающей из второй на первую ступень:

L₂==6377,7*0.84/0,88=6087,8 кг/ч (3848 м³ /ч)

X₂=0,88; t₂=220 ^ОС, =1,582 т/м³

Количество продукционной СК, выходящей из первой ступени:

L₁ ==6087,8*0.88/0,92=5823,1 кг/ч (3653,14 м³ /ч)

X₁=0,92; t₁=250 ^ОС, =1,594 т/м³

По уравнению и табличным значениям (таблица №19 ) определяем равновесные концентрации паров серной кислоты на ступенях колонны:

, Па

Рассчитываем значения пересыщения паров H₂SO₄ на ступенях колонны:

S=y_i-1/y_i; i = 2-5

По уравнению [5]

Рассчитываем значения критического пересыщения паров H₂SO₄ на ступенях колонны S_кр-S_кр5

Определяем соотношения S_i/ S_крi на ступенях колонны. При

 S_i/S_крi 1 происходит образование тумана H₂SO₄, а при S_i/S_крi <1 – туман не образуется.

Для ступеней колонны, в которых S_i/S_крi 1 из графоаналитического определения числа ступеней концентратора определяем концентрации и температуры серной кислоты, позволяющие достичь S_i/S_крi <1. Значения концентраций (х_i) и температур (t_i) СК на ступенях колонны в режиме ее работы без образования тумана представлены в таблице 19.

Количество СК, поступающей на ступень из нижележащей ступени в виде брызгоуноса, необходимое для получения концентрации (х_i), при котором соблюдается условие безтуманной работы ступеней: S_i/S_крi <1. определяется по выражению:

1.    Для второй ступени:

кг/ч

Для третьей ступени:

кг/ч

Для четвертой ступени:

кг/ч

2.    Определяем относительный брызгоунос серной кислоты со ступени:

С первой ступени:

 кг/ч

Со второй ступени:

 кг/ч

С третьей ступени:

 кг/ч

Расход топочных газов, поступающих при t=900 ^ОС на первую ступень составляет G₁=8934 м³ /ч (состав газа после топки).

4.2.     Гидродинамический расчет 4.2.1.      Расчет первой по ходу газового потока ступеней контакта фаз [5]

1.    Односопловое вихревое контактное устройство

2.    Вторая ступень контакта фаз

3.    Вертикальный канал входа топочных газов

4.    Горизонтальный канал

1.    Площадь отверстия входа топочных газов:

d=0.35 м; S₁=0.785*0.35²=0.096 м²

2.    Площадь сечения горизонтального канала входа газов:

S₂=a*b=0.4*0.38=0.152 м²

3.    Площадь сечения односоплового вихревого контактного устройства (D_ко=0,7 м)

S₃=0.785*0.7²=0.39 м²

4.    Определяем скорость газового потока в первой ступени колонны:

м/сек

м/сек

м/сек

5.    Гидравлическое сопротивление орошаемой первой ступени вихревой колонны определяется по формуле:

 = -5601,32 + 287,77Z₁ +266.7Z₂ + 147.52Z₃ +2128.38Z₄ –7.81Z₁Z₂- 33.4Z₁Z₃- 69.37Z₁Z₄- 72.93Z₂Z₃- 68.03Z₂Z₄- 103.58Z₃Z₄+ 3.72Z₁Z₂Z₃ +2.71Z₁Z₂Z₄ + 15.46 Z₁Z₃Z₄ + 31.52 Z₂Z₃Z₄ - 1.5Z₁Z₂Z₃ Z₄, Па

где Z₁  - W_щ, м/с

Z₂ - , м³ /м² час

Z₃ – б/Д_к.д, м/м

Z₄ – н/ Д_к.д, м/м

Для первой ступени:

Z₁- W_щ= W₂=16,33м/с

Z₂ – плотность орошения ступени:

м³ /ч, где

S_кол – площадь сечения колонны (Д_вн=1мм)

S_кол=0,785 м²

Z₃=б/Д_ко; б – зазор между контактной обечайкой первой ступени и тарелкой второй ступени

б= 0,21 м

Д_к.о=0,7м; Z₃=б/ Д_к.о=0,21/0,7=0,3м/м

Z₄= н/ Д_к.о;

Н – высота контактной зоны односоплового ВКУ;

Н= 21 м

Z₄ = н/ Д_к.в =2,1/0,7=3м/м

Гидравлическое сопротивление первой ступени вихревой колонны равно:

=3302.94 Па.

6.    Уравнение, описывающее изменение относительного брызгоуноса жидкости с первой ступени от режимных и конструктивных параметров имеет вид:

E*10²=-71+Z_{1 +} Z_{2 +} 110Z_{3 +} 38Z₄-2Z₁Z₃ - 2Z₂Z₃-58Z₃ Z₄+Z₂Z₃ Z₄кг/кг

Определим значение относительного брызгоуноса с первой ступени при заданных конструктивных и режимных параметрах:

E₁=0,61 кг/кг

4.2.2. Расчет гидродинамических характеристик второй и последующих по ходу газа ступеней вихревой колонны [5]

1.    Тарелка

2.    Контактная обечайка

3.    Завихритель

4.    Вышележащая ступень

1.    Площадь отверстия проходов газа тарелки

(d=0.4 мм); S₁=0.785*d²=13 м²

2.    Площадь сечения прохода газов завихрителя:

S₂=b*h*n = 0,04*0,3*8=0,096 м²

b – ширина щелей, b = 0,04 м

h – высота щелей, h = 0,3 м

n – количество щелей, n = 8 шт

3.    Площадь сечения контактной обечайки (Д_ко=0,66 м)

S₃=0,785* Д_ко²=0,785*0,66²=0,34 м²

4.    Площадь кольцевого сечения между контактной обечайкой и завихрителем:

S₄=м²

Где Д_зав=0,51 – наружный диаметр завихрителя

5.    Площадь свободного сечения колонны:

Д_вн=1,0 м – внутренний диаметр колонны

S₅=0,785* Д_вн²=0,785 м²

6.    Рассчитаем скорости газового потока: на второй по ходу газа ступенях колонны

W₁=м/сек

На третьей ступени ( а также на последующих ступенях):

W₂=м/сек

W₃=м/сек

W₄=м/сек

W₅=м/сек

7.    Гидравлическое сопротивление орошаемых второй и последующих ступеней определяется по уравнению:

 = -4232,32 + 584,91Z₁ +62,22Z₂ + 3323,29Z₄ +3372.03Z₅ –7.14Z₁Z₂– 184,01Z₁Z₄– 403,7Z₁Z₅- 72.09Z₂Z₄- 56.8Z₂Z₅– 2486,54Z₄Z₅+ 8.75Z₁Z₂Z₄ +7.12Z₁Z₂Z₅ + 145,99Z₁Z₄Z₅ + 76,65Z₂Z₄Z₅ – 8,49Z₁Z₂Z₄ Z₅, Па

где Z₁  - W₄, м/с=17,3 м/с

Z₂ - , м³ /м² час

Z₃ – б/Д_к.о, м/м

Z₄ – н/ Д_к.о, м/м

Z₅ – S_2/S₁ м² /м²

Для второй ступени:

Z₂= м³ /м³ час

Для третьей ступени:

Z₂= м³ /м³ час

Для четвертой ступени

Z₂= м³ /м³ час

Для пятой ступени:

Z₂= м³ /м³ час

Z₃=б/Д_ко=0,19/0,66=0,28 м/м

Z₄=б/Д_ко=0,36/0,66=0,55 м/м

Z₅=S₂/S₁=0.096/0.13=0,74 м/м

Гидравлическое сопротивление второй ступени равно:

Па

третьей ступени:

Па

четвертой ступени

Па

пятой ступени

Па

8.    Уравнение, описывающее изменение брызгоуноса с вихревой ступени от режимных и конструктивных параметров имеет вид:

E = -2.46 + 0.14Z₁ +0.05Z₂ + 3.44Z₃ +2.08Z₄ +2.09Z₅–0.01Z₁Z₂– 0.19Z₁Z₃– 0.11Z₁Z₄– 0.11Z₁Z₅– 0.07Z₂Z₃– 0.05Z₂Z₄– 0.04Z₂Z₅– 2.87Z₃Z₄– 2.91Z₃Z₅– 1.73Z₄Z₅+ 0.01Z₁Z₂Z₃ +0.01Z₁Z₂Z₅ + 0.15Z₁Z₃Z₄ + 0.14Z₁Z₃Z₅ + 2.37Z₃Z₄Z₅ – 0.01Z₁Z₂Z₃ Z₄ – 0.01Z₁Z₂Z₃ Z₅ – 0.11Z₁Z₃Z₄ Z₅ + 0.08Z₁Z₄Z₅ + 0.06Z₂Z₃Z₄ + 0.05Z₂Z₃Z₅ + 0.04Z₂Z₄Z₅ - 0.04Z₂Z₃Z₄ Z₅,kJ/kJ

Относительный брызгоунос со второй ступени при принятых значениях (Z₁- Z₅)составляет:

E₂=0,54 кг/кг

Относительный брызгоунос с третьей ступени:

E₃=0,47 кг/кг.

Относительный брызгоунос с четвертой ступени:

E₄=0,44 кг/кг

9.    Гидравлическое сопротивление вихревой колонны составляет:

=+++++2+2+, где

- - гидравлическое сопротивление ступеней вихревой колонны, Па

= 2000 Па - гидравлическое сопротивление брызгоуловительной ступени

=2200 Па - гидравлическое сопротивление абсорбционной ступени

=3302,94+2152,54+2153,21+2155,52+2156,88+2*2000+2*2200=20321,1Па

Рассчитанные значения относительно брызгоуноса жидкости между ступенями колонны (E1-E4) соответствуют режиму работы вихревой колонны без образования тумана серной кислоты.