Массообменные процессы. Никалаев Г.И - 81 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

системе катионит КУ-2 – ионы K
р
= 1,2 [2]. Уравнение изотермы
сорбции для обмена равнозарядных ионов H
+
на Na
+
на основе
закона действующих масс записывается следующим образом:
()
,
/11
/
0
*
n
np
CCK
CCXK
X
−+
= (4.16)
где Х
0
= 4,75
.
22,98 10
–3
= 0,11 кг/кг; С
н
= 4,35
.
22,98
.
10
–3
= 0,1 кг/м
3
.
С учетом приведенных значений концентраций и константы
равновесия получим:
Х* = 1,32С/(1+2С). (4.17)
Скорость потока жидкости. Фиктивную скорость
жидкости в псевдоожиженном слое находят из уравнения,
связывающего критерии Re, Аг с порозностью слоя е [4]:
.
6,018
Re
75,4
75,4
ε
ε
⋅+
⋅
=
Ar
Ar
(4.18)
Порозность слоя в ионообменных аппаратах с
псевдоожиженным слоем можно определить из данных
эксплуатации промышленных ионообменных установок,
согласно которым высота псевдоожиженного слоя в 1,5-2 раза
превышает высоту неподвижного слоя. С учетом этих данных,
принимая порозность неподвижного слоя ε
0
= 0,4, получим
интервал изменения порозности ε = 0,6-0,7. Принимаем
порозность слоя в этом интервале: ε = 0,65.
Плотность частицы набухшего катионита:
ρ
х
= ρ
нас
/ (1 – ε
0
) = 800/ (1 – 0,4) = 1333,3 кг/м
3
.
Критерий Архимеда:
Ar = d
3
ρ
y
(ρ
x
– ρ
y
)g/µ
2
= (0,9
.
10
–3
)
3
1000 х
х (1333,3
.
1000) 9,81 / [(10
–3
)
2
] = 2384.
Из уравнения (4.18) находим критерий Re:
.
65,023846,018
65,02384
Re
75,4
75,4
⋅+
⋅
=
Скорость жидкости
w = Re µ
y
/(dρ
y
) = 10,73
.
10
–3
/(0,90
.
10
–3 .
1000) = 0,012 м/с.
Диаметр аппарата
(
)
(
)
мwVD 54,0012,0785,03600/10785,0/ =⋅⋅==
Принимаем D = 0,6 м.
Уточним значение скорости и Re:
w = 10 / (3600 . 0,785 . 0,6
2
) = 0,0098 м/с;
Re = 0,0098
.
0,9
.
10
–3 .
1000/10
–3
= 8,82.
Значение порозности, соответствующее уточненному
значению Re, получим из уравнения [4]:
ε = (18Re + 0,36Re
2
/Ar)
0,2l
=
= (18
.
8,82 + 0,36
.
8,82
2
/2384)
0,21
= 0,59.
Определение лимитирующего диффузионного сопро-
тивления. Фазу, в которой сосредоточено лимитирующее
диффузионное сопротивление, можно определить по значению
критерия Био:
Bi’ = β
с
R / (ρ
и
D
э
Г),
где R – радиус частицы, м; β
с
– коэффициент внешней массоотдачи,
м/с; D
э
– эффективный коэффициент диффузии в частице, м
2
/с; Г –
тангенс угла наклона равновесной линии, м
3
/кг; ρ
и
– плотность
ионита, кг/м
3
.
При Bi′
20 общая скорость массопереноса определяется
внутренней диффузией, тогда как при Bi’ 1,0 преобладающим
(4.19)
158 159
системе катионит КУ-2 – ионы Kр = 1,2 [2]. Уравнение изотермы
сорбции для обмена равнозарядных ионов H+ на Na+ на основе                                                    2384 ⋅ 0,65 4, 75
закона действующих масс записывается следующим образом:                                           Re =                                .
                                                                                                         18 + 0,6 2384 ⋅ 0,65 4, 75
                                  K p X 0C / Cn
                        X* =                          ,          (4.16)         Скорость жидкости
                                1 + (K − 1)C / C n
                                                                                 w = Re µy/(dρy) = 10,73.10–3/(0,90 .10–3 .1000) = 0,012 м/с.
где Х0 = 4,75.22,98 10–3 = 0,11 кг/кг; Сн = 4,35.22,98.10–3 = 0,1 кг/м3.
      С учетом приведенных значений концентраций и константы                    Диаметр аппарата
равновесия получим:                                                                   D = V / (0,785w) = 10 / (3600 ⋅ 0,785 ⋅ 0,012 ) = 0,54 м
                         Х* = 1,32С/(1+2С).                       (4.17)        Принимаем D = 0,6 м.
      Скорость потока жидкости. Фиктивную скорость                              Уточним значение скорости и Re:
жидкости в псевдоожиженном слое находят из уравнения,                                  w = 10 / (3600 . 0,785 . 0,62) = 0,0098 м/с;
связывающего критерии Re, Аг с порозностью слоя е [4]:
                                                                                         Re = 0,0098 . 0,9 . 10–3 . 1000/10–3 = 8,82.
                                    Ar ⋅ ε 4, 75
                       Re =                           .          (4.18)         Значение порозности, соответствующее уточненному
                              18 + 0,6 Ar ⋅ ε 4, 75                        значению Re, получим из уравнения [4]:
     Порозность слоя в ионообменных аппаратах с                                                 ε = (18Re + 0,36Re2/Ar)0,2l =
                                                                                                                                       (4.19)
псевдоожиженным слоем можно определить из данных                                         = (18 . 8,82 + 0,36 . 8,822/2384)0,21 = 0,59.
эксплуатации     промышленных           ионообменных        установок,
                                                                                Определение лимитирующего диффузионного сопро-
согласно которым высота псевдоожиженного слоя в 1,5-2 раза
                                                                           тивления. Фазу, в которой сосредоточено лимитирующее
превышает высоту неподвижного слоя. С учетом этих данных,
                                                                           диффузионное сопротивление, можно определить по значению
принимая порозность неподвижного слоя ε0 = 0,4, получим
                                                                           критерия Био:
интервал изменения порозности ε = 0,6-0,7. Принимаем
порозность слоя в этом интервале: ε = 0,65.                                                          Bi’ = βсR / (ρиDэГ),
     Плотность частицы набухшего катионита:                                где R – радиус частицы, м; βс – коэффициент внешней массоотдачи,
         ρх = ρнас/ (1 – ε0) = 800/ (1 – 0,4) = 1333,3 кг/м3.              м/с; Dэ – эффективный коэффициент диффузии в частице, м2/с; Г –
      Критерий Архимеда:                                                   тангенс угла наклона равновесной линии, м3/кг; ρи – плотность
                                                                           ионита, кг/м3.
             Ar = d3ρy(ρx – ρy)g/µ2 = (0,9 . 10–3)3 1000 х
                                                                                При Bi′ 20 общая скорость массопереноса определяется
              х (1333,3 . 1000) 9,81 / [(10–3)2] = 2384.                   внутренней диффузией, тогда как при Bi’ 1,0 преобладающим
      Из уравнения (4.18) находим критерий Re:



                                      158                                                                         159

Страницы