Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Определение диаметра реакционной зоны


Содержание

Введение………………………………………………………………....3

1 Цель расчета ……………………………………………………………………6

2 Данные для расчета …………………………………………...………………..6

3 Материальный расчет ………………………………………………………...6

4 Конструктивный расчет ……………………………………………………….11

4.1 Определение диаметр реакционной зоны ………………………………....11

4.2 Расчет высоты реакционной зоны …………………………………………12

4.3 Расчет диаметра верхней отстойной зоны ………………………………...13

4.4 Расчет высоты верхней отстойной зоны …………………………………..14

4.5 Расчет геометрических размеров и нижней отстойной зоны …………….14

4.6 Расчет диаметра патрубков ………………………………………………...14

Заключение………………………………………………………………………...16

Литература ………………………………………………………………………...17

Приложение А……………………………………………………………………..18

 

Введение

В технологии неорганических веществ процесс экстракции применяют для извлечения меди из растворов выщелачивания, при разделении кобальта и никеля, для получения металлов высокой степени чистоты: ванадия, берил­лия, урана, тория, плутония и других металлов, для разделения близких по своим свойствам элементов в технологии редких металлов: рубидия и цезия, циркония и гафния, ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, редкоземель­ных элементов.

Становление атомной промышленности привело к интенсивному раз­витию экстракционной технологии. С использованием экстракционных про­цессов удалось решить проблемы комплексной переработки урановых руд, аффинажа урана, переработки облученного ядерного горючего и отходов хи­мико-металлургического производства.

Экстракционные методы применяют также для опреснения воды, пере­работки сбросных вод, для концентрирования веществ в системах, образую­щих азеотропные смеси.

Экстракция успешно используется в аналитической химии, препара­тивной химии, как метод физико-химических исследований.

В общем случае экстракцией называют процессы извлечения какого-либо вещества из жидкой или твердой фазы в другую жидкую фазу - фазу растворителя-экстрагента, избирательно растворяющего извлекаемые компо­ненты. В более узком смысле слова экстракция - это жидкостная экстракция - массообменный процесс на поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей.

При контакте исходного водного раствора извлекаемого компонента с избирательным органическим растворителем-экстрагентом извлекаемый компонент переходит из исходного раствора в фазу экстрагента. После рас­слаивания фаз образуются два раствора: органический раствор извлеченных из исходной смеси компонентов в экстрагенте, называемый экстрактом, и водный раствор, обедненный извлекаемыми компонентами и содержащий некоторое количество экстрагента–рафинат.

Процесс экстракции выгодно отличается от других методов извлечения и разделения такими достоинствами, как высокая эффективность и избирательность; низкие рабочие температуры; рентабельность извлечения ценных компонентов и вредных примесей из разбавленных растворов; возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов и азеотропных смесей; возможность выгодно сочетания с ректификацией химическим осаждением ;относительная простота аппаратурного оформления ;возможность полной автоматизации ведения процесса.

В зависимости от способа осуществления контакта между исходным водным раствором и экстрагентом различают следующие разновидности процесса экстракции:

- однократная экстракция, по которой исходный раствор однократно обрабатывается всем количеством экстрагента с последующим разделением на экстракт и рафинат;

- одноступенчатая экстракция перекрестным потоком с одним растворителем непрерывного действия;

- многоступенчатая экстракция перекрестным током, по которой исходный раствор и рафинатные растворы обрабатываются на каждой ступени соответствующей порцией свежего экстрагента;

- противоточная экстракция, по которой обеспечивается многократное противоточное контактированиерафинатных и экстрактных растворов смежных ступеней.

Противоточное экстрагирование обеспечивает полное разделение при высоком выходе рафината и значительно меньшем расходе экстрагента. Оно осуществляется либо в нескольких аппаратах типа «смеситель-отстойник», как показано, либо в колонном аппарате.

Колонные экстракторы отличаются высокой производительностью, занимают сравнительно малую площадь, обеспечивают непрерывность процесса. Существует значительное количество разновидностей колонных аппаратов: гравитационные; распылительные, насадочные, тарельчатые; экстракторы с вводом энергии в контактирующие жидкости: роторные, роторнодисковые, смесительные, смесительно-отстойные, пульсационные, вибрационные, колонны со стабилизацией потоков фаз.

Колонные экстракторы с вводом энергии в контактирующие жидкости характеризуются наибольшей эффективностью или наименьшей высотой эквивалентной теоретической ступени изменения концентрации, составляющей обычно 0,25-0,50 м против 1—10 м для гравитационных колонн.

Пульсационные колонные аппараты выгодно отличаются от других колонных экстракторов с вводом энергии в контактирующие жидкости отсутствием движущихся частей в рабочей зоне, отсутствием внутренних подшипников, герметичностью, простотой монтажа и ремонта, поэтому они в последнее время находят в промышленности все большее применение.

 


Цель расчета

Целью расчета является закрепление теоретических выводов и расчетно-практических рекомендаций по курсу «ТиОС» и их приложение к конкретному расчету колонных экстракторов.

Данные для расчета

Исходные данные приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 –Исходные данные .

 

1 Производительность по урану,
2 Исходный раствор
2.1 Концентрация исходного раствора по урану ,
2.2 Плотность раствора , ,
2.3 Динамический коэффициент вязкости раствора, ,
2.4 Поверхностное натяжение
2.5 Содержание 0,5
2.6Содержание примесей в пересчете на 0,05
3 Экстрагент 20 % раствор ТБФ в керосине
3.1 Плотность раствора,
3.2 Динамический коэффициент вязкости раствора ,
4 Концентрация урана в экстрагента ,
5 Концентрация урана в рафинате 0,1

 

Материальный расчет

Целью материального расчета является определение массовых расходов потоков фаз и их составов.

Уравнение материального баланса экстракции имеет вид:

 

 

где L - массовый расход экстрагента, кг/с;

G - массовый расход растворителя исходной смеси, кг/с;

- содержание распределяемого компонента в экстракте и экстрагенте соответственно, кг/кг экстрагента;

- содержание распределяемого компонента в исходном растворе и рафинате соответственно, кг/кг растворителя исходной смеси;

Отсуда расход экстрагента:

 

 

По справочным данным [4, с. 10] в качестве экстрагента выбираем 20% ТБФ в керосине.

Для составления таблицы материального баланса определим все потоки.

Исходный раствор ( ):

Определим объемный расход:

 

где

– концентрация исходной смеси, г/л.

Определим массовый расход:

Определим массовый расход по :

Определим суммарный массовый расход воды и НNO3:

Определим массовой расход по :

Определим массовой расход по воде :

 

Рафинат ( ):

Производительность по рафинату определяют по формуле:

 

 

Производительность UO2(NO3)2 по рафинату можно рассчитать по формуле

 

Определим массовой расход рафината:

Определим плотность рафината:

 

 

Экстракт ( ):

Производительность по экстракту определяют по формуле:

На x-y диаграмме покажем кривую линию экстрагента, взятую из справочных данных [5, с. 401] при 20% ТБФ в керосине. Рабочую линию строим следующим образом: координата точки А определяется по уравнению (на рисунке показан метод построения точки А), а B(xr, ys) (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – X-Y диаграмма системы UO2(NO3)2 – HNO3 – ТБФ в керосине

 

 

Объемную производительность в экстракте определяют по формуле

Производительность UO2(NO3)2 в экстракте определяют по формуле:

 

Производительность по ТБФ (определяем в потоке экстрагента):

 

Производительность по керосину (определяем в потоке экстрагента):

 

 

Определим массовой расход экстракта:

 

 

Определим плотность экстракта:

 

 

Экстрагент ( ):

 

Примем, что объемная производительность экстрагента равна объемной производительность экстракта:

 

Производительность в экстрагенте можно рассчитать по формуле

 

 

где - производительность в экстрагенте, численно равная производительности экстрактора, кг/час;

- плотность экстрагента, кг/м3, численно равна плотности в экстракторе [2, с. 38]:

 

Производительность по ТБФ определяют по формуле:

 

 

Производительность по керосину можно рассчитать по формуле:

 

 

По результатам составим таблицу материального баланса .Данные приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Материальный баланс процесса экстракции

 

Приход Расход
Статьи прихода кг/час м3/час Статьи расхода кг/час м3/час
1 Исходный раствор UO2(NO3)2 HNO3 H2O Fe(NO3)3 6444,96   827,731 175,014 5374,987 67,228 5,556 1 Рафинат UO2(NO3)2 HNO3 H2O 5622,748 5,519 175,014 5374,987 67,228 5,556
2 Экстрагент ТБФ Керосин 10060,65 2012,13 8048,52 12,735 2 Экстракт UO2(NO3)2 ТБФ Керосин 10882,862 822,212 2012,13 8048,52 12,735
Итого: 16505,61 18,291 Итого: 16505,61 18,291

 

Конструктивный расчет

Целью конструктивного расчета является определение основных размеров колонного экстрактора: диаметра и высоты реакционной зоны, диаметра и высоты отстойных зон.

 

Расчет высоты реакционной зоны

Высоту реакционной зоны определим через число теоретических тарелок по формуле [2, с. 28]:

 

где - число теоретических тарелок или число теоретических ступеней изменения концентраций, определяемое по «x-y» диаграмме процесса экстракции (рисунок 1)

 

- высота эквивалентная теоретической ступени изменения концентрации,

Поскольку время пребывания капли дисперсной фазы на ступени неизвестно, то величину ВЭТС выбираем из конструктивных соображений

 

 

Определим по формуле (22) высоту реакционной зоны

 

 

Расчет диаметра патрубков

Диаметры патрубков определим из уравнения расхода (17)

 

 

Принимая скорость движения фаз в патрубках 0,5 м/с, получим:

 

Диаметры патрубков для подачи исходного раствора и отвода рафината:

 

Принимаем диаметр патрубка равным 0,1 м.

 

Диаметры патрубков для подачи экстрагента и отвода экстракта:

 

 

Принимаем диаметр патрубка равным 0,1 м.

 

По результатам конструктивного расчета выполняем эскиз пульсационного колонного экстрактора с пакетной насадной «Томская» (рисунок 1А).


Заключение

В ходе работы был произведен материальный расчет экстрактора и составлен материальный баланс процесса экстракции. А также выполнен конструктивный расчет аппарата, в результате которого были определены основные геометрические размеры:

- высота и диаметр нижней и верхней отстойных зон:

- диаметры патрубков:

- высоту и диаметр реакционной зоны:

 

В приложении А приведен эскиз пульсационного колонного экстрактора с пакетной насадной «Томская» (рисунок 1А).

Список литературы :

1 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1969. – 624с.

2 Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – Л.: Химия, 1968. – 848 с.

3 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1995. – 368 с.

4 Пищулин В.П. Расчет насадочных колонных экстракторов: Руководство для студентов. – Северск: Отделение № 1 ТПУ, 1995. – 48 с.

Приложение А

 

Рисунок 1 –эскиз пульсационного насадочного колонного экстрактора

Содержание

Введение………………………………………………………………....3

1 Цель расчета ……………………………………………………………………6

2 Данные для расчета …………………………………………...………………..6

3 Материальный расчет ………………………………………………………...6

4 Конструктивный расчет ……………………………………………………….11

4.1 Определение диаметр реакционной зоны ………………………………....11

4.2 Расчет высоты реакционной зоны …………………………………………12

4.3 Расчет диаметра верхней отстойной зоны ………………………………...13

4.4 Расчет высоты верхней отстойной зоны …………………………………..14

4.5 Расчет геометрических размеров и нижней отстойной зоны …………….14

4.6 Расчет диаметра патрубков ………………………………………………...14

Заключение………………………………………………………………………...16

Литература ………………………………………………………………………...17

Приложение А……………………………………………………………………..18

 

Введение

В технологии неорганических веществ процесс экстракции применяют для извлечения меди из растворов выщелачивания, при разделении кобальта и никеля, для получения металлов высокой степени чистоты: ванадия, берил­лия, урана, тория, плутония и других металлов, для разделения близких по своим свойствам элементов в технологии редких металлов: рубидия и цезия, циркония и гафния, ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, редкоземель­ных элементов.

Становление атомной промышленности привело к интенсивному раз­витию экстракционной технологии. С использованием экстракционных про­цессов удалось решить проблемы комплексной переработки урановых руд, аффинажа урана, переработки облученного ядерного горючего и отходов хи­мико-металлургического производства.

Экстракционные методы применяют также для опреснения воды, пере­работки сбросных вод, для концентрирования веществ в системах, образую­щих азеотропные смеси.

Экстракция успешно используется в аналитической химии, препара­тивной химии, как метод физико-химических исследований.

В общем случае экстракцией называют процессы извлечения какого-либо вещества из жидкой или твердой фазы в другую жидкую фазу - фазу растворителя-экстрагента, избирательно растворяющего извлекаемые компо­ненты. В более узком смысле слова экстракция - это жидкостная экстракция - массообменный процесс на поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей.

При контакте исходного водного раствора извлекаемого компонента с избирательным органическим растворителем-экстрагентом извлекаемый компонент переходит из исходного раствора в фазу экстрагента. После рас­слаивания фаз образуются два раствора: органический раствор извлеченных из исходной смеси компонентов в экстрагенте, называемый экстрактом, и водный раствор, обедненный извлекаемыми компонентами и содержащий некоторое количество экстрагента–рафинат.

Процесс экстракции выгодно отличается от других методов извлечения и разделения такими достоинствами, как высокая эффективность и избирательность; низкие рабочие температуры; рентабельность извлечения ценных компонентов и вредных примесей из разбавленных растворов; возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов и азеотропных смесей; возможность выгодно сочетания с ректификацией химическим осаждением ;относительная простота аппаратурного оформления ;возможность полной автоматизации ведения процесса.

В зависимости от способа осуществления контакта между исходным водным раствором и экстрагентом различают следующие разновидности процесса экстракции:

- однократная экстракция, по которой исходный раствор однократно обрабатывается всем количеством экстрагента с последующим разделением на экстракт и рафинат;

- одноступенчатая экстракция перекрестным потоком с одним растворителем непрерывного действия;

- многоступенчатая экстракция перекрестным током, по которой исходный раствор и рафинатные растворы обрабатываются на каждой ступени соответствующей порцией свежего экстрагента;

- противоточная экстракция, по которой обеспечивается многократное противоточное контактированиерафинатных и экстрактных растворов смежных ступеней.

Противоточное экстрагирование обеспечивает полное разделение при высоком выходе рафината и значительно меньшем расходе экстрагента. Оно осуществляется либо в нескольких аппаратах типа «смеситель-отстойник», как показано, либо в колонном аппарате.

Колонные экстракторы отличаются высокой производительностью, занимают сравнительно малую площадь, обеспечивают непрерывность процесса. Существует значительное количество разновидностей колонных аппаратов: гравитационные; распылительные, насадочные, тарельчатые; экстракторы с вводом энергии в контактирующие жидкости: роторные, роторнодисковые, смесительные, смесительно-отстойные, пульсационные, вибрационные, колонны со стабилизацией потоков фаз.

Колонные экстракторы с вводом энергии в контактирующие жидкости характеризуются наибольшей эффективностью или наименьшей высотой эквивалентной теоретической ступени изменения концентрации, составляющей обычно 0,25-0,50 м против 1—10 м для гравитационных колонн.

Пульсационные колонные аппараты выгодно отличаются от других колонных экстракторов с вводом энергии в контактирующие жидкости отсутствием движущихся частей в рабочей зоне, отсутствием внутренних подшипников, герметичностью, простотой монтажа и ремонта, поэтому они в последнее время находят в промышленности все большее применение.

 


Цель расчета

Целью расчета является закрепление теоретических выводов и расчетно-практических рекомендаций по курсу «ТиОС» и их приложение к конкретному расчету колонных экстракторов.

Данные для расчета

Исходные данные приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 –Исходные данные .

 

1 Производительность по урану,
2 Исходный раствор
2.1 Концентрация исходного раствора по урану ,
2.2 Плотность раствора , ,
2.3 Динамический коэффициент вязкости раствора, ,
2.4 Поверхностное натяжение
2.5 Содержание 0,5
2.6Содержание примесей в пересчете на 0,05
3 Экстрагент 20 % раствор ТБФ в керосине
3.1 Плотность раствора,
3.2 Динамический коэффициент вязкости раствора ,
4 Концентрация урана в экстрагента ,
5 Концентрация урана в рафинате 0,1

 

Материальный расчет

Целью материального расчета является определение массовых расходов потоков фаз и их составов.

Уравнение материального баланса экстракции имеет вид:

 

 

где L - массовый расход экстрагента, кг/с;

G - массовый расход растворителя исходной смеси, кг/с;

- содержание распределяемого компонента в экстракте и экстрагенте соответственно, кг/кг экстрагента;

- содержание распределяемого компонента в исходном растворе и рафинате соответственно, кг/кг растворителя исходной смеси;

Отсуда расход экстрагента:

 

 

По справочным данным [4, с. 10] в качестве экстрагента выбираем 20% ТБФ в керосине.

Для составления таблицы материального баланса определим все потоки.

Исходный раствор ( ):

Определим объемный расход:

 

где

– концентрация исходной смеси, г/л.

Определим массовый расход:

Определим массовый расход по :

Определим суммарный массовый расход воды и НNO3:

Определим массовой расход по :

Определим массовой расход по воде :

 

Рафинат ( ):

Производительность по рафинату определяют по формуле:

 

 

Производительность UO2(NO3)2 по рафинату можно рассчитать по формуле

 

Определим массовой расход рафината:

Определим плотность рафината:

 

 

Экстракт ( ):

Производительность по экстракту определяют по формуле:

На x-y диаграмме покажем кривую линию экстрагента, взятую из справочных данных [5, с. 401] при 20% ТБФ в керосине. Рабочую линию строим следующим образом: координата точки А определяется по уравнению (на рисунке показан метод построения точки А), а B(xr, ys) (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – X-Y диаграмма системы UO2(NO3)2 – HNO3 – ТБФ в керосине

 

 

Объемную производительность в экстракте определяют по формуле

Производительность UO2(NO3)2 в экстракте определяют по формуле:

 

Производительность по ТБФ (определяем в потоке экстрагента):

 

Производительность по керосину (определяем в потоке экстрагента):

 

 

Определим массовой расход экстракта:

 

 

Определим плотность экстракта:

 

 

Экстрагент ( ):

 

Примем, что объемная производительность экстрагента равна объемной производительность экстракта:

 

Производительность в экстрагенте можно рассчитать по формуле

 

 

где - производительность в экстрагенте, численно равная производительности экстрактора, кг/час;

- плотность экстрагента, кг/м3, численно равна плотности в экстракторе [2, с. 38]:

 

Производительность по ТБФ определяют по формуле:

 

 

Производительность по керосину можно рассчитать по формуле:

 

 

По результатам составим таблицу материального баланса .Данные приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Материальный баланс процесса экстракции

 

Приход Расход
Статьи прихода кг/час м3/час Статьи расхода кг/час м3/час
1 Исходный раствор UO2(NO3)2 HNO3 H2O Fe(NO3)3 6444,96   827,731 175,014 5374,987 67,228 5,556 1 Рафинат UO2(NO3)2 HNO3 H2O 5622,748 5,519 175,014 5374,987 67,228 5,556
2 Экстрагент ТБФ Керосин 10060,65 2012,13 8048,52 12,735 2 Экстракт UO2(NO3)2 ТБФ Керосин 10882,862 822,212 2012,13 8048,52 12,735
Итого: 16505,61 18,291 Итого: 16505,61 18,291

 

Конструктивный расчет

Целью конструктивного расчета является определение основных размеров колонного экстрактора: диаметра и высоты реакционной зоны, диаметра и высоты отстойных зон.

 

Определение диаметра реакционной зоны

(2)
Диаметр реакционной зоны определяется по уравнению расхода:

где V – суммарная производительность экстрактора, м3/с;

w – рабочая скорость движения сплошной фазы, м/с;

F – площадь поперечного сечения реакционной зоны, м2.

где d – диаметр реакционной зоны.

 

(3)
Рабочая скорость движения сплошной фазы обычно равна 0,6– 0,8 от скорости, соответствующей захлебыванию колонны [4, с. 28]:

Для пульсационных колонных экстракторов с пакетной насадной «Томская» предельную суммарную нагрузку колонны, соответствующей точки захлебывания, следует рассчитывать в зависимости от характеристической скорости капель w0 и объемного соотношения фаз n [4, с. 31]:

 

 

 

где - плотность дисперсной и сплошной фаз, кг/м3;

- динамический коэффициент вязкости сплошной фазы, Па.с;

-диаметр капель при оптимальной интенсивности пульсаций J=600-1200 мм/мин;

- объемное соотношение фаз,

- объемный расход дисперсной и сплошной фаз, м3/с.

 

Подставим значения в исходные формулы и определим скорость захлебывания:

Тогда по формуле (3) определим рабочую скорость:

Принимаем рабочую скорость

Определим по формуле (2) диаметр реакционной зоны:

 

Расчет высоты реакционной зоны

Высоту реакционной зоны определим через число теоретических тарелок по формуле [2, с. 28]:

 

где - число теоретических тарелок или число теоретических ступеней изменения концентраций, определяемое по «x-y» диаграмме процесса экстракции (рисунок 1)

 

- высота эквивалентная теоретической ступени изменения концентрации,

Поскольку время пребывания капли дисперсной фазы на ступени неизвестно, то величину ВЭТС выбираем из конструктивных соображений

 

 

Определим по формуле (22) высоту реакционной зоны

 

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-10

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.