Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 128
Текст из файла (страница 128)
доли. Поскольку число молей в крис- таллической фазе без растворителя Глава 2. Оборудование для 4изико-химических методов очистки и в форме кристаллогидрата одно и то же, расход безводной кристаллической фазы 6"„может быть выражен через расход кристаллогидрата: б; =ОМ~М„„, где М, М вЂ” молекулярная масса соответственно кристаллов (без растворителя) и кристаллогидрата. Из уравнений (2.47), (2.48) получают расход кристаллической фазы: О„(у, у„) 11 У.
(2.49) Тепловой баланс для всех трех методов кристаллизации из растворов может быть выражен единым уравнением: О„с „8„+ О ч ~ (~ = (2 50) = а,с„,г„+% -С,И/)с,„г„+И7 1а,, где с,, с„„, с,„— тсплоемкости начальйого раствора, маточного раствора и кристаллов; г„, г — температуры исходного и маточного растворов, С; д — теплота кристаллизации, Дж/кг; 1 — энтальпия вторичных паров, Дж/кг; Ą— потери тепла, Вт; +9 — тепло, подводимое при изотермической кристаллизации; — Д вЂ” тепло, отводимое при изогидрической кристаллизации, В случае изогидрической кристаллизации И~= О. При вакуум-кристаллизации (комбинированный метод) Д = О, Определение высоты псевдоожиженного слоя.
После того как пересыщенный раствор поступает в кристаллорастворитель, начинается процесс кристаллизации, в течение которого масса вещества из раствора переходит к поверхности кристаллов и далее включается в кристаллическую решетку. В ходе образования твердой фазы выделяется тепло кристаллизации, Таким образом, по мере передвижения раствора в зоне кристаллизации меняются его концентрация и температура. Скорость увеличения массы кристаллов зависти от интенсивности внешнего массообмена и от скорости включения молекул растворенного вещества в кристаллическую решетку: 1 = Д,(С вЂ” С„); (2.51) 1 = К„(С„- С'), (2.52) где р, — коэффициент массоотдачи, м/с, ʄ— константа скорости роста кристаллов, м/с; С., С вЂ” концентрации вблизи поверхйости кристалла и в ядре жидкости, кг/м'; 1 — плотность потока массы, кг/(м' с), Из уравнений (2.51), (2.52) найдем плотность потока массы, входящей в кристаллическую фазу: !=К,(С вЂ” С"), (2.53) где К, =(1/Р, +1/К„) ' — коэффициент массопередачи, м/с.
Принимая, что скорость массо- передачи кристаллизации в псевдоожиженном слое контролируется внешней массоотдачей К, = р, получим следующее уравнение для определения объемного коэффициента массопсредачи: К Р / 0 105 10 1Ъ(ИР) (2 54) где у — кинематическая вязкость маточного раствора, м'/с. Часть И1. Основное ооорудоваиие для очистки сточных вод Материальный и тепловой балансы кристаллизации в псевдоожиженном слое в дифференциальной форме могут быть записаны следующим образом: дС ЭС вЂ” + — +К (С-С')=0; (2.55) дт дх де Эе а„ е)' (2.56) дт дх р,„с„,„ где а„— объемный коэффициент геплоотдачи, Вт/(м' К); р — плотность пссвдоожижснного слоя, кг/м'; с — усредненная теплоемкость псевдоожиже~ного слоя, Дж/(кг К); Š— температура поверхности, С.
Поскольку температура в кристаллорастителе меняется незначительно, равновесная концентрация С может быть описана линейной функцией температуры: С =ае+Ь, (2.57) где а, Ь вЂ” константы. Из системы ураш гений (2.55), (2.56) цля стационарного процесса найдем зависимости концентрации и температуры раствора от высоты слоя: С„' -(аЕ,', +Ь) 1+ аА х 1-ехр — — '" (1+аЛ)Н 1С вЂ” (аЕ„' + Ь)) Е„=Е„+ А х 1+ аА х 1 — ехр — '(1+аА)Н где Н вЂ” высота псевлоожиженного слоя, м; С„, ń— концентрация (в кг/м') и темпсратура (в С) раствора, покидающего кристаллизатор; С',е„' — концентрация (в кг/м') и температура (в 'С) раствора, входящего в кристаллораститель. Константа А в уравнениях (2.58), (2.59) равна: А =~уфр рув+ ряс (1 в)~' (2 60) Высоту аппарата определяют из равенства подэкспоненциального выражения уравнения (2.58) единице: К„.(1+ аА)11/ю = 1, (2.61) поскольку при этом наблюдается наиболсс предпочтительный вид зависимости концентрации раствора от высоты, близкий к линейному Расчет вакуум-кристаллизатора Необходимо рассчитать вакуумкристаллизатор с псевлоожиженным слоем для кристаллизации МБ$04 из водного раствора по следующим данным: производительность по исходному раствору 6 = 18 тыс.
кг/ч; содержание МАМБО, в исходном растворе У„= 27 % (мас.); температура исходного распюра е„= 50 'С; температура маточного раствора на выходе из кристаллизатора Е„= 15 С; средний размер кристаллов г = 2 10-' м. Концентрация раствора на выходе из кристаляизатора. Равновесная растворимость М8Б04 в воле в рабочем интервале температур 10 — 30 "С хорошо описывается линейной функцией температуры (рис.
2.108): С =ае+Ь (а = 4,8; Ь = 257), где данные по растворимости пересчитаны из г/100 г воды в кг/мР. Концентрацию раствора на выходе из кристаллорастителя можно бб1 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки 400 Лр 34 = 2,33(0,75/1,05)' х =0,021 м/с, 662 300 0 /0 Ю Зо 40 ~,'С Рис 2. 108. Зависимосп равновесной раство- римости М8БО4 от температуры определить из условия, согласно которому кристаллизация при пересыщении, составляющем 5 % от предельного, практически прекращается: .
С„= 0,055„, + а/„+ Ь, (2.62) где Ю„„— предельное пересыщение раствора, кг/м' Его находят, зная предельное переохлаждение, определяемое по эмпирическому уравнению: Лг = 62,594/~'" ехр(-0,027а), (2 63) щс (у = 65,7 кДж/кг (3,87 ккал/моль)— теплота кристаллизации. Получим: Л/, =62,59 3,87~'" ехр(-0,027 3,87) = =19,83 'С. По температурной зависимости равновесной растворимости найдем предельное пересыщение 5„„= 91 кг/м' Подставив это значение в уравнение (2.62), получим концентрацию раствора на выходе из кристаллизатора: С„=0,05 91+4,8.15+257 =333,6 кг/м' Определение рабочей высоты кристаллорастителя, Для определения рабочей высоты кристаллораститепя необходимо располагать значе- ниями порозности слоя, скорости раствора и коэффициента массопередачи.
Оптимальное значение порозности в кристаллизаторах с псевдоожиженным слоем в = 0,75. В литературе имеется ряд зависимостей для определения скорости раствора в кристаллорастителях с псевдоожиженным слоем. Используем уравнение, дающее наиболее близкую сходимость с экспсриментальными данными: и=2,33(4(1,05)',/г(р, -р )(р, (2.64) где р = 1680 кг/м' — плотность кристаллической фазы; р = 1300 кг/м' — плотность раь створа при С„.
Объемный коэффициент массо- передачи определяется уравнением (2.54). Входящие в него величины найдем следующим образом, Кинематическую вязкость маточного раствора при г = 25 'С, С = С„= = 333,6 кг/м', )'„= 336 100/1300 = = 25,7 % найдем экстраполяцией: ю = 4,29 10-' м'/с. Вязкость маточного раствора при температуре 15 'С: )13 =АЗ =24)5/3„5 =4,29 10 х х1,16 10 "/(0,91 10 ') =5,4 10 ' м'/с, где»„„1„, — вязкость воды прн 15 и 25 'С. Удельную гювсрхность кристаллов в слое можно определить из уравнения: Часть Л1.
Основное оборудование для очистки сточных вод / =0,447 = 0,447 =730,1м '. С„' — (4,81,', + 257) 1+4,8 0,018 (1+ 4,8.0,018) б О, 021 1 — ехр х 1-схр — (1-4,8. 0,018) б 0,021 663 Коэффициент диффузии М8804 в воде при концентрации С„'и температуре 25 С Ю„= 0,447 мг/с. Коэффициент диффузии при 15 С можно определить следующим образом; (273+15) Р„, (273+25) и„, «283 0,910' 293 1 15 10-з =0,34 10 ' м'/с. Подставив значения Х г, .О в уравнение (2.54), найдем коэффициент массопередачи: К =0,105 10 ' 730,1 0,021х х[5,4.10 У(0,34.10 ')~1'" = 0,0032 с '.
Рабочую высоту псевдоожиженного слоя можно рассчитать по уравнению (2.61). Для этого определим константу А в данном уравнении по уравнению (2.60). Теплоемкость кристаллов с,„= 945 Дж/(кг К). Тепло- емкость маточного раствора: с =с,у„+4190(1 — Г)= =945-0,257+4190(1 — 0,257) = .. = 3356 Дж/(кг К).' По уравнению (2.60) А =15,7. 4190/ /[3356 1300. 0,75+ 945-1680(1 -0,75)] = = О, 018. Тогда рабочая высота псевдоожиженного слоя Н = 0,021/[0,0032(1+4,8 0,018)] = 6,0 м Рабочая высота псевдоожиженного слоя должна составлять 0,75 от высоты кристаллорастителя до уровня отводящего патрубка, т.е.
с учетом сепарационного пространства получим: Н = б/0,75 = 8 м. Решая систему уравнений (2.58), (2.59), находим концентрацию и температуру раствора на входе в кристаллораститель. Подставив в эту систему уравнений известные величины, получим: О, 018[С вЂ” (4,81„+ 257)] 15=1„'+ х 1+4,8-0,018 Отсюда С„'= 341,2 кг/м', 1„'= 14,8 'С.
Давление в испарителе, производительность установки по кристаллической 4азе, расход испарлемой воды. Концентрация раствора в испарителе равна концентрации раствора, поступающего в кристаллораститель: У„= С„/р =341,2.10011308= =26,1 % (мас.). Температурная депрессия, соответствующая этой концентрации, при атмосферном давлении составляет л' = 2,6 С. Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очистки Приняв в первом приближении, что давление в испарителе соответствует температуре /„= г„— 2,6 = =14,8 — 2,6 = 12,2 С, т.е.
Р„= = 0,00147 МПа, по формуле Тищенко получим значение температурной депрессии: Ь' = 2,6.16,2(273+12,2)'/(2465 10') =1,4 'С, Таким образом, истинные значения температуры и давления в испарителе /„= 14,8 — 1,4 = 13,4 С; Р„= 0,00159 МПа. Производительность установки по кристаллической фазе (С,) и расход упариваемой воды получим решением системы уравнений материального и теплового балансов (2,49) и (2.50), Соотношение молекулярных масс безводных кристаллов М8БО4 и кристаллогидрата М8БО, 7Н,О равно: М/М„, = 120,3/246,3 = 0,49. Теплоемкость исходного раствора с „, =945 0,27+4190(1 — 0,27) = = 3370 Дж/(кг - К). Подставив известные значения параметров в систему уравнений (2.49) и (2.50), получим: 18 000(0,257 — 0,27) — 0,257И' 0,257 — 0,49 18 000.3370 50+15,7-4190С, = =945.15С, +(18 000 — С -И')х х3356 ° 15+2519,1-10' И'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
