Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 49 из 60

²r (XVIII,37)

^w°^c iijl т


Между тем скорость рости, равна


^ос =


осаждения, согласно определению ско-

dr ^ g (р_т — Рж) . _r (XVIII,38)

di 18ц g


Проинтегрировав это уравнение в пределах от R₀ до R, получим

18ц | R (XVIII,39)

(рт — Рж) d²(a² R₀ Как было сказано выше, при нормальной работе центрифуги должно выполняться условие

т_оС<т (XVIII,40)


Тос


Приняв для простоты знак равенства, получим следующее выражение для расчета производительности осадительной центрифуги:


_v __ (я/4) (D³ - Щ) Н ₌ (я/4)(Р»-Р8) я

Т Т₀с

868. 
     V (XVIII,35)
     
869. 
     я(Р*-Р*)/4
     
870. 
     т =H/w (XVIII,36)
     

Основы расчета процесса центрифугирования. Расчет производительности отстойных центрифуг. Схема отстойной центрифуги приведена на рис. XVIII-16, а. Условие нормальной работы такой центрифуги формулируется следующим образом: время пребывания частицы в барабане центрифуги т должно быть больше времени осаждения частицы т^_с. Среднее время пребывания жидкости (частиц) в барабане центрифуги равно

Размеры центрифуги Ь, Е)₀, И обычно выбирают по каталогу. При разделении эмульсий роль осадка выполняет более плотная жидкость.

Расчет производительности фильтрующих центрифуг. Расчет центрифуг этого типа может быть проведен с использованием выводов теории фильтрации. Для центрифуг непрерывного действия толщина слоя осадка б постоянна, поэтому постоянно и сопротивление фильтрации R = + р_0с6.

Величину движущей силы Ар при центробежной фильтрации можно найти из следующих соображений. Выделим во вращающейся вместе с барабаном суспензии элементарный слой толщиной dr (рис. XVIII-19) на расстоянии г от оси вращения. Масса этого слоя суспензии будет равна

dm = p_cH2nr dr (XVII 1,42)

где р_с — плотность суспензии, кг/м³.

Действующая, на этот элементарный объем суспензии центробежная сила равна

dC — coVdm = 2jip_ctf2 dr (XVIII,43)

2я pc/ZtoV² dr InrH

= р _ca>²rdr


(XVIII,44)

Давление элементарного жидкостного кольца на внешние по отношению к нему слои жидкости составит величину

Проинтегрировав последнее уравнение в пределах от R_n до /?, получим общий перепад давления при центробежной фильтрации

(XVIII,45) (XVIII,46)

Ар = 0,5p_coi^a (Я² — Я§)

Тогда скорость центробежной фильтрации составит _с _ Ар 0,5рс<д^а(R² — Rg)

Яф Росб Яф -р Рос 6

Производительность фильтрующей центрифуги по фильтрату

V = FC = nDWC (XVIII,47)

Расчет центрифуг периодического действия основывается на использовании экспериментальных данных, так как центрифуги работают в нестационарном режиме. Продолжительность одной операции на центрифуге периодического действия складывается из продолжительности следующих стадий: 1) загрузки суспензии; 2) пуска и разгона барабана; 3) центрифугирования; 4) промывки осадка; 5) остановки барабана и 6) разгрузки осадка.

Объем загружаемой суспензии определяется рабочим объемом барабана V_p = л (D² — Do) HI А.

Производительность по суспензии за одну операцию составит

Gc = p_cVp = рс (я/4) (D² -D$)H (X VIII ,48)

Глава XIX

Перемешивание

1. 
   СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА И ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
   

3977. 
      Процесс перемешивания применяют для получения однородных или гетерогенных смесей: растворов, эмульсий, суспензий. При перемешивании достигается равномерное распределение фаз во всем объеме и их тесное взаимодействие. В результате перемешивания получают смесь, которую используют в качестве конечного продукта или реагента для других стадий технологического процесса. При перемешивании могут протекать другие процессы: теплообменные, массообменные, химические, которые интенсифицируются при осуществлении этого процесса.
      
3978. 
      В зависимости от целевого назначения процесса перемешивания его эффективность определяется по разному. Так, если перемешивание используют для проведения химической реакции, то оценивают влияние перемешивания на выход и избирательность проводимого процесса. При приготовлении эмульсий имеет значение достигаемая однородность и стабильность эмульсии. В теплообменных процессах имеет значение повышение коэффициента теплопередачи и т. п.
      
3979. 
      Для проведения процесса перемешивания используют следующие основные способы: 1) механический, при котором перемешивание осуществляют различными вращающимися устройствами; 2) барботажный, осуществляемый пропусканием газа через слой жидкости; 3) гидравлический, осуществляемый смешением потоков при их совместном движении в канале или при перекачивании перемешиваемых сред насосом. Используемые для процесса перемешивания аппараты называют смесителями.
      

2. 
   МЕХАНИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ
   

3980. 
      При механическом перемешивании интенсивное движение сред в аппарате осуществляется специальным устройством, получающим вращательное или более сложное движение от внешнего привода.
      
3981. 
      Механические смесители можно разделить на лопастные, пропеллерные и турбинные.
      
3982. 
      Лопастные мешалки имеют одну или несколько плоских вертикальных пластин, укрепленных на вертикальном валу (рис. XIX-1). Такие лопасти сообщают жидкости в основном вращательное движение. Чтобы обеспечить перемещение жидкости в вертикальном направлении, устанавливают также наклонные лопасти под углом к горизонту от 45 до 60°. Диаметр лопастей d_M = (0,3 — 0,5) D, где D — диаметр корпуса смесителя. Окружную скорость на концах лопастей обычно принимают равной до 5 м/с.
      
3983. 
      Поскольку на поверхности жидкости при вращении мешалки может образоваться воронка, ухудшающая условия перемешивания контактирующих фаз, к стенкам внутри корпуса крепят вертикальные перегородки высотой Н ^ 0,1 D, число перегородок обычно равно четырем. Эти перегородки разбивают горизонтальное вращающееся кольцо жидкости и способствуют развитию циркуляции в вертикальном направлении (рис. XIX-2).
      
3984. 
      Для перемешивания жидкости во всем объеме применяют рамные мешалки (рис. XIX-3). Перемешивающее устройство таких смесителей представляет собой плоскую рамную конструкцию.
      
3985. 
      

      1	:
      (	О)
      ГУ	rjf\
      	в
      к
      \г	V
      6-	О

      
      
      
      
      Рис. XIX-2. Схема потоков жидкости в аппарате с мешалкой:
      
      а — без отражательных перегородок; б — с перегородками.
      
      
      Рис. XIX-I. Лопастная мешалка
      
      В тех случаях, когда необходимо исключить отложение осадков на стенках аппарата или улучшить теплопередачу через стейку, применяют якорные мешалки (рис. XIX-4). Конфигура-
      
3986. 
      ция лопастей такого смесителя повторяет конфигурацию корпуса аппарата, что обеспечивает высокую турбулентность потока вблизи стенок аппарата.
      
3987. 
      Для интенсивного перемешивания во всем объеме, обеспечиваемого внутренней рециркуляцией жидкости, применяют пропеллерные мешалки (рис. XIX-5). Смесительное устройство этого типа выполнено в виде винта с двумя или большим числом лопастей. Для упорядочения циркуляции жидкости в корпусе аппарата пропеллер устанавливают в направляющую трубу. Диаметр пропеллера d_M = (0,25 — 0,35) D.
      
3988. 
      

      Л L3 i			А
      о
      — - !
      	%
      	1	1

      
      Рис. XIX-3. Рамная мешалка.
      
      Рис. XIX-4. Якорная мешалка.
      
      Турбинные мешалки имеют лопастное колесо (турбину) с прямыми или загнутыми назад лопатками открытого или закрытого типа (рис. XIX-6). Турбинное колесо закрытого типа имеет специальный направляющий аппарат по типу насосного агрегата, обеспечивающего интенсивное движение жидкости в виде струй от центра колеса к его периферии.
      
3989. 
      Рис. XIX-5. Пропеллерная мешалка
      
3990. 
      I — пропеллер; 2 — направляющая труба.
      
3991. 
      Расход энергии на перемешивание. При вращении мешалки затрачивается энергия на преодоление сопротивления движению лопастей в жидкости. Окружные скорости перемещения w_r различных участков лопасти, определяющие величину силы сопротивления, будут разными. Для расчета мощности, затрачиваемой на вращение лопаток, рассмотрим элементарный участок лопатки высотой h и шириной dr (рис. XIX-7). Мощность, затрачиваемая на перемещение элементарного участка лопасти, будет равна
      
3992. 
      dN = w_r dP (XIX,1)
      
3993. 
      где dP — сила сопротивления, приложенная к данному участку лопасти.
      
3994. 
      Согласно закону Ньютона, сила сопротивления среды движущемуся в ней телу равна
      
3995. 
      
      dP = l
      (XIX,2)
      
3996. 
      где £ — коэффициент сопротивления; £ = / (Re); d[ = h dr = Kd_Mdr — элементарная площадь лопатки, м²; р — плотность среды.
      
3997. 
      Линейная скорость для рассматриваемого участка лопатки равна
      
3998. 
      w, - = <ог =• 2ят (Х1Х,3)
      
3999. 
      где п — число оборотов мешалки в секунду; ш — угловая скорость.
      
4000. 
      Из уравнений (XIX, 1)—(XIX, 3) получим
      
4001. 
      dN --- apn^zd_Mr*dr
      
4002. 
      где а — коэффициент.
      
4003. 
      Проинтегрировав это выражение в пределах от 0 до dj2, получим
      
4004. 
      N =K_Npn4l (XIX,4)
      
4005. 
      Отсюда приходим к выражению для Км, получившему наименование критерия мощности
      
4006. 
      Л'_Л, .V/|>n-V_M (XIX,5)
      
4007. 
      Величина критерия мощности Км, как это следует из вывода основного уравнения, зависит от физических свойств жидкости (главным образом, от вязкости и плотности), скорости вращения мешалки и размеров аппарата. Зависимость Км от определяющих факторов можно представить в следующем виде: