POLITECHNIKA POZNAC
SKA
WYDZIAA
TECHNOLOGII CHEMICZNEJ
INSTYTUT TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ
ZAKA
AD INŻYNIERII I APARATURY CHEMICZNEJ
WYMIENNIK MASY
Projekt wykonany w ramach zajęć
Inżynieria chemiczna i operacje rozdzielania mieszanin
JOANNA LEWANDOWSKA
KAROLINA MACIEJEWSKA
MARTA MARTYA
A
studia dzienne I stopnia 2011/2012
na kierunku Technologia Chemiczna
TEMAT PROJEKTU:
Zaprojektować aparat do usuwania HCl w temperaturze 25oC z mieszaniny
gazowej o składzie: 20% HCl oraz 75% N i 5% H O (% obj.). Objętościowe natężenie
2 2
przepływu mieszaniny na wlocie do absorbera wynosi 4500 m3/h. Stopień absorpcji
ma wynosić 87%.
UWAGI:
Strona | 1
Spis treści Strona
1. Charakterystyka techniczna aparatu 7
1.1. Temat projektu  ustalenia wstępne 7
1.2. Dobór fazy ciekłej 7
1.3. Dobór rozwiązania konstrukcyjnego aparatu 7
2. Schemat ideowy aparatu
2.1. Opis strumieni 8
2.2. Wybrane parametry aparatu 8
3. Obliczenia wstępne
3.1. Założenia wstępne 9
3.2. Skład mieszaniny gazowej w ułamkach molowych na wlocie 9
3.3. Objętościowe natężenie przepływu mieszaniny gazowej 10
3.4. Objętościowe natężenie przepływu składników fazy gazowej 10
3.4.1. Na wlocie 10
3.4.2. Ilość pochłoniętego HCl 10
3.4.3. Na wylocie 10
3.5. Skład mieszaniny gazowej w ułamkach molowych na wylocie 10
4. Parametry opisujące własności czynników
4.1. Masa molowa mieszaniny gazów 11
4.2. Gęstość fazy gazowej 11
4.2.1. Temperatura krytyczna mieszaniny 11
4.2.2. Temperatura zredukowana 11
4.2.3. Ciśnienie krytyczne mieszaniny 12
4.2.4. Ciśnienie zredukowane 12
4.2.5. Współczynnik ściśliwości 12
4.2.6. Gęstość mieszaniny gazowej 12
4.3. Gęstość fazy ciekłej (wody) 12
4.4. Lepkość fazy gazowej 13
4.4.1. Lepkość mieszaniny w stanie krytycznym na wlocie 13
4.4.2. Lepkość mieszaniny w stanie krytycznym na wylocie 13
4.4.3. Wyznaczenie lepkości zredukowanej 13
4.4.4. Wyznaczenie lepkości fazy gazowej 13
4.5. Lepkość fazy ciekłej (wody) 13
4.6. Kinetyczny współczynnik dyfuzji w fazie gazowej 14
Strona | 2
4.7. Dynamiczny współczynnik dyfuzji w fazie gazowej 14
4.8. Dynamiczny współczynnik dyfuzji w fazie ciekłej 14
5. Wykres stężeń
5.1. Linia równowagi 15
5.2. Charakterystyka wykresu stężeń 15
6. Bilans masowy
6.1. Minimalne natężenie przepływu cieczy 16
6.2. Stężenie HCl w fazie ciekłej na wylocie (X ) 16
A2
6.3. Masowe natężenie przepływu mieszaniny gazowej 16
6.4. Masowe i molowe natężenie przepływu inertów 16
6.5. Wydatek masowy HCl 17
6.6. Masowe natężenie przepływu cieczy 17
6.7. Średni moduł napędowy procesu 17
6.8. Wyznaczenie średnicy aparatu 18
6.8.1. Dobór wypełnienia kolumny 18
6.8.2. Prędkość zalewania kolumny 18
6.8.3. Średnica wewnętrzna aparatu 19
6.8.4. Rzeczywista prędkość przepływu mieszaniny gazowej 19
7. Obliczenia kinetyczne
7.1. Współczynnik wnikania masy w fazie gazowej 19
7.1.1. Prędkość masowa gazów 19
7.1.2. Liczba Reynoldsa 20
7.1.3. Liczba Schmidta 20
7.1.4 Liczba Sherwooda 20
7.1.5. Współczynnik wnikania masy 20
7.2. Współczynnik wnikania masy w fazie ciekłej 20
7.2.1. Prędkość masowa cieczy 20
7.2.2. Liczba Reynoldsa 21
7.2.3. Liczba Schmidta 21
7.2.4 Liczba Sherwooda 21
7.2.5. Współczynnik wnikania masy 21
7.3. Współczynnik przenikania masy 21
7.3.1. Zamiennik n 21
7.3.2. Współczynnik przenikania masy 22
7.3.3. Średni współczynnik przenikania masy 22
Strona | 3
7.4. Powierzchnia wymiany masy 22
7.4.1. Teoretyczna powierzchnia wymiany masy 22
7.4.2. Współczynnik użyteczności powierzchni 22
7.4.3. Rzeczywista powierzchnia wymiany masy 22
7.5. Wysokość warstwy wypełnienia 23
7.6. Warunek smukłości aparatu 23
8. Hydrodynamika kolumny z wypełnieniem
8.1. Spadek ciśnienia na wypełnieniu 23
8.1.1. Średnica zastępcza 23
8.1.2. Liczba Reynoldsa 23
8.1.3. Współczynnik oporu hydraulicznego 23
8.1.4. Spadek ciśnienia na wypełnieniu 23
8.2. Sprawdzenie obciążeń aparatu 23
8.3. Spadek ciśnienia na wypełnieniu zraszanym 24
8.3.1. Współczynnik zraszania 24
8.3.2. Spadek ciśnienia 24
8.4. Ilość cieczy zatrzymywanej na wypełnieniu 24
8.4.1. Statyczna ilość cieczy 24
8.4.2. Dynamiczna ilość cieczy 24
8.4.3. Całkowita ilość cieczy 24
9. Dobór zraszacza, rusztu nośnego oraz odkraplacza
9.1. Dobór zraszacza 25
9.1.1. Ilość rurek w zraszaczu 25
9.2. Dobór rusztu nośnego 25
9.2.1. Ciężar całkowity przypadający na podziałkę najdłuższego
płaskownika 25
9.2.1.1. Ciężar właściwy wypełnienia suchego 25
9.2.1.2. Ciężar właściwy wypełnienia mokrego 25
9.2.1.3. Ciężar całkowity przypadający na podziałkę 25
9.2.2. Obciążenie ciągłe przypadające na płaskownik podparty w dwóch
miejscach 26
9.2.3. Maksymalny moment gnący 26
9.2.4. Wskaz
nik wytrzymałości przekroju 26
9.2.5. Wysokość płaskownika 26
9.2.6. Moment bezwładności powierzchni przekroju płaskownika 26
Strona | 4
9.2.7. Ciężar własny płaskownika 26
9.2.8. Strzałka ugięcia 26
9.2.9. Procent powierzchni zajmowanej przez płaskowniki nośne 27
9.2.10. Płaskowniki łączące 27
9.3. Dobór odkraplacza 27
10. Obliczenia wytrzymałościowe
10.1. Grubość płaszcza części zbiornikowej 27
10.1.1. Dopuszczalne naprężenia na zrywanie 27
10.1.2. Naddatki na grubość 27
10.1.3.Grubość ścianki płaszcza 27
10.2. Grubość ścianki dennic 28
10.2.1. Współczynnik H /D 28
w z
10.2.2. Współczynnik � 28
10.2.3. Naprężenia dopuszczalne 28
10.2.4. Grubość ścianki dennic 28
10.3. Największy otwór w płaszczu nie wymagający wzmocnienia 28
10.3.1.Wartość współczynnika wytrzymałościowego 28
10.3.2.Średnica otworów 29
10.4. Największa średnica otworu w dennicach aparatu nie wymagająca
wzmocnienia 29
10.4.1. Współczynnik wytrzymałości powłoki osłabionej otworem 29
10.4.2. Największa średnica otworu w dennicach aparatu,
która nie wymaga wzmocnienia 29
10.5. Dobór króćców wlotowych i wylotowych 30
10.6. Dobór kołnierza 30
10.7. Obliczenia pierścienia wzmacniającego 30
10.7.1. Dobór włazu 30
10.7.2. Obliczenie powierzchni wzmocnienia 30
11. Obliczenia ciężaru i wysokości aparatu
11.1. Masa aparatu pustego 31
11.1.1. Masa części cylindrycznej 31
11.1.2. Masa dennic 31
11.1.3. Masa kołnierzy 31
11.1.4. Masa króćców gazu i cieczy 31
11.1.5. Masa włazów wraz z króćcami 31
11.1.6. Masa wypełnienia suchego 31
Strona | 5
11.1.7. Masa odkraplacza 31
11.1.8. Masa aparatu pustego 32
11.2. Masa aparatu zalanego 32
11.2.1. Masa wody 32
11.2.2. Masa aparatu zalanego 32
11.3. Dobór łap 32
11.4. Wysokość aparatu 32
12. Wykaz oznaczeń i jednostek 33
13. Literatura i wykaz norm 36
Strona | 6
1. Charakterystyka techniczna aparatu
1.1. Temat projektu
Zaprojektować aparat do usuwania HCl w temperaturze 25oC z mieszaniny
gazowej o składzie: 20% HCl oraz 75% N i 5% H O (% obj.). Objętościowe natężenie
2 2
przepływu mieszaniny na wlocie do absorbera wynosi 4500 m3/h. Stopień absorpcji
ma wynosić 87%.
1.2. Dobór fazy ciekłej
Jako fazę ciekła wybrano wodę.
Własności fizyczne wody w temp. 25�C:
� = 9,00765*10-4 [Pa�s] r�w = 998,2 [kg/m3]
w
1.3. Dobór rozwiązania konstrukcyjnego aparatu
Aparat będzie pracować przeciwprądowo, w pozycji pionowej. Umieszczony będzie
na trzech łapach. Ze względu na dość agresywne środowisko pracy (HCl), do budowy
aparatu zastosowano stal kwasoodporną.
Parametry stali 1H18N9T:
Re = 216�106 [Pa] Rm = 55�107 [Pa] r�st = 7800 [kg/m3]
Strona | 7
2. Schemat ideowy aparatu:
2.1. Opis strumieni
Gaz zostaje dostarczony do aparatu przez krócieć znajdujący się w dolnej części
płaszcza aparatu, przechodzi przez wypełnienie oraz odkraplacz i zostaje usunięty
przez krócieć w górnej dennicy.
Ciecz (woda) zostanie dostarczona do aparatu przez króciec znajdujący się w
górnej części płaszcza. Po trafieniu do zraszacza zostanie równomiernie
rozprowadzona po wypełnieniu, a następnie odprowadzona króćcem znajdującym
się w dolnej dennicy aparatu.
2.2. Wybrane parametry aparatu
- średnica wewnętrzna aparatu: Dw = 1,2 m
- grubość ścianki aparatu: gc = 0,006 m
Strona | 8
- typ wypełnienia: pierścienie Raschiga ze stali 15x15x0,5 mm
- wysokość wypełnienia: 3,15 m
*
- powierzchnia wymiany masy: F = 958 m2
&�
ó�
- ilość wymienianego składnika czynnego: GA = 0,0086 [kmol/s]
- moduł napędowy procesu: D�P� = 0,065 [m/s]
Am
ó�
- średni współczynnik przenikania masy: k = 1,96�10-5 [kmol/(m2�s)]
- orientacyjna masa aparatu (zalanego): maz = 2963 kg
3. Obliczenia wstępne
Dane Obliczenia Wyniki
3.1. Założenia wstępne
Absorber będzie pracował w temperaturze
T =� 25o� C =� 298K
pod ciśnieniem
p=� Pa
101325
W projekcie przyjęto oznaczenia:
A -� HCl
B -� N2
C -� para _ wodna
D -� H O(ciecz )
2
oraz
2 -� wlot
1-� wylot
3.2. Skład mieszaniny gazowej w ułamkach
molowych na wlocie
yA2 = 0,2 [kmol A/kmol i]
yB2 = 0,75 [kmol B/kmol i]
yC 2 = 0,05 [kmol C/kmol i]
Strona | 9
Dane Obliczenia Wyniki
3.3. Objętościowe natężenie przepływu
mieszaniny gazowej
&�
pnVn &�
pV
=�
Tn T
T = 298K
pn =� p
T = 273K
n
&�
&�
VnT
Vg 2 =1,36 [m3/s]
&�
p = 101325 Pa
V =�
Tn
&�
Vn = 1,25[m3/s]
1,25 �� 298
&�
V =�
273
&� &�
V =� Vg 2
3.4. Objętościowe natężenie przepływu
składników fazy gazowej
3.4.1. Na wlocie
&� &�
Vg 2
VA2 = yA2 � = 0,2�1,36
yA2 = 0,2
&�
&� &�
VA2 =0,27 [m3/s]
VB2 = yB2 �Vg 2 = 0,75�1,36
[kmol A/kmol i]
&�
VB2 =1,02 [m3/s]
&� &�
yB2 = 0,75
Vg 2
VC 2 = yC 2 � = 0,05�1,36
&�
VC 2 =0,068
[kmol b/kmol i]
yC 2 = 0,05
[m3/s]
3.4.2. Ilość pochłoniętego NH
3
&� &�
[kmol C/kmol i]
VA = ą�VA2 = 0,87�0,27
&�
&�
VA = 0,23 [m3/s]
Vg 2 =1,36 [m3/s]
3.4.3. Na wylocie
&�
VA1 =0,04[m3/s]
&� &� &�
ą = 0,87
VA1 = VA2 -VA = 0,27-0,23
&�
Vg1=1,128[m3/s]
&� &� &� &�
VB1 =VB2 VC1 =VC 2
&�
Vg1 &� &� &�
= VA1 +VB1 +VC1= 0,04+1,02+0,068
3.5. Skład mieszaniny gazowej w ułamkach
yA1 = 0,035
&�
molowych na wylocie
VA1 =0,04[m3/s]
[kmol A/kmol i]
&�
Vg1 =1,128[m3/s]
yC1= 0,06
&�
VA1 0,04
&�
VC1 =0,068 [m3/s] yA1 = =� [kmol C/kmol i]
&�
Vg1 1,128
yB1= 0,904
&�
VB1 =1,02 [m3/s]
&� &�
VC1 0,068 VB1 1,02 [kmol B/kmol i]
yC1 = =� yB1= =�
&� &�
Vg1 1,128 Vg1 1,128
Strona | 10
4. Własności czynników
Dane Obliczenia Wyniki
M
A
=36,5[kg/kmol]
M =18[kg/kmol]
C
4.1. Masa molowa mieszaniny gazów
M =28[kg/kmol]
B
M = 29,2
g 2
Wlot:
yA2 =0,2
[kg/kmol]
M =� yA2M +� yC2MC +� yB2M =� 0,2��36,5 +� 0,05��18 +� 0,75�� 28
[kmolA/kmoli] g 2 A B
yC 2 = 0,05
M = 27,6
g1
[kmol C/kmol i]
Wylot: [kg/kmol]
yB2 = 0,75
M =� yA1M +� yC1MC +� yB1M =� 0,035��36,5 +� 0,06��18 +� 0,904�� 28
g1 A B
[kmol B/kmol i]
yA1 = 0,035
yC1= 0,06
yB1= 0,904
4.2. Gęstość fazy gazowej
T = 298K
pM
r� =�
TkrA = 324,4 K
zRT
TkrC = 647,1 K
4.2.1. Temperatura krytyczna mieszaniny
TkrB = 126 K
T
Trg =�
yA2 =0,2
Tkrg
[kmolA/kmoli]
Tkrg 2 = 191,7 K
yC 2 = 0,05
Wlot:
Tkrg1= 164,1 K
[kmol C/kmol i]
Tkrg2 =� yA2TkrA +� yC2TkrC +� yB2TkrB
yB2 = 0,75
Tkrg 2 = 0,2�324,4+0,05�647,1+0,75�126
[kmol B/kmol i]
yA1 = 0,035
Wylot:
[kmol A/kmol i]
Tkrg1 =� yA1TkrA +� yC1TkrC +� yB1TkrB
yC1= 0,06
Tkrg1= 0,035�324,4+0,06�647,1+0,904�126
yB1= 0,904
4.2.2. Temperatura zredukowana
T
Trg =�
Tkrg
T = 298 K
Wlot:
Tkrg 2 = 191,7 K
T 298
Trg2 =� =� Trg2 = 1,55
Tkrg1= 164,1 K
Tkrg2 191,7
Trg1= 1,82
Wylot:
T 298
Trg1 =� =�
Tkrg1 164,1
Strona | 11
Dane Obliczenia Wyniki
pkrA = 83,1�105
4.2.3. Ciśnienie krytyczne mieszaniny
pkrC = 220,6�105
pkrB = 33,9�105
Wlot:
p = 101325 Pa
pkrg2 =� yA2 pkrA +� yC2 pkrC +� yB2 pkrB pkrg 2
yA2 =0,2
=53,08�105 Pa
pkrg2 =� 0,2��83,1��105 +� 0,05�� 220,6��105 +� 0,75��33,9��105
[kmolA/kmoli]
yC 2 = 0,05
pkrg1
Wylot:
[kmol C/kmol i]
=46,79�105 Pa
pkrg1 =� yA1 pkrA +� yC1 pkrC +� yB1 pkrB
yB2 = 0,75
[kmol B/kmol i]
pkrg1 =� 0,035��83,1��105 +� 0,06�� 220,6��105 +� 0,904��33,9��105
yA1 = 0,035
yC1= 0,06
yB1= 0,904
4.2.4. Ciśnienie zredukowane
p = 101325 Pa
p
prm =�
pkrg
pkrg 2 =53,08�105
Wlot:
prm2 = 0,019
Pa
p 101325
prm2 =� =�
prm1 = 0,022
pkrg2 5308000
pkrg1 =46,79�105
Wylot:
Pa
p 101325
prm1 =� =�
pkrg1 4679000
z=�f(� ;p )�
T
4.2.5. Współczynnik ściśliwości rm rm
z = 1
2
z = 1 dla Trg2 = 1,55 prg2 = 0,019 Pa
2
z = 1
1
z = 1 dla Trg1= 1,82 prg1= 0,022 Pa
1
M = 29,2
g 2
4.2.6. Gęstość mieszaniny gazowej
[kg/kmol]
pM
r� =�
M = 27,6
g1 zRT
r�g 2 =1,19
[kg/kmol]
[kg/m3]
pM
p=� Pa
101325
101325 �� 29,2
g 2
r�g 2 = =
r�g1 = 1,13
R =8314
z2RT 1��8314 �� 298
[J/(kmol�K)]
[kg/m3]
T = 298 K
pM
101325 �� 27,6
g1
z = 1 r�g1 = =
2
z1RT 1��8314 �� 298
z = 1
1
4.3. Gęstość fazy ciekłej (wody)
r�w = 998,2
w T = 298 K r�w = 998,2 [kg/m3]
[kg/m3]
Strona | 12
Dane Obliczenia Wnioski
4.4. Lepkość fazy gazowej
h�krA = 353�10-7
[Pa�s]
h�krC = 495�10-7
[Pa�s]
4.4.1. Lepkość mieszaniny w stanie krytycznym
h�krB = 180�10-7
h�krg2 =
na wlocie
[Pa�s]
2,31�10-5
[Pa�s]
h�krg2 =� yA2h�krA +� yB2h�krB +� yC2h�krC
yA2 =0,2
[kmolA/kmoli]
h�krg2 =� 0,2��353��10-�7 +� 0,75��180��10-�7 +� 0,05�� 495��10-�7
h�krg1 =
yC 2 = 0,05
2,05�10-5
[kmol C/kmol i]
4.4.2. Lepkość mieszaniny w stanie krytycznym
[Pa�s]
yB2 = 0,75
na wylocie
[kmol B/kmol i]
yA1 = 0,035
h�krg1 =� yA1h�krA +� yC1h�krC +� yB1h�krB
yC1= 0,06
yB1= 0,904
h�krg1 =� 0,035��353��10-�7 +� 0,06 �� 495��10-�7 +� 0,904 ��180��10-�7
4.4.3. Wyznaczenie lepkości zredukowanej
prm2 = 0,019
prm1 = 0,022
h�rm2 = 0,63
Trg2 = 1,55
Trg1= 1,82
h�rm1= 0,65
4.4.4. Wyznaczenie lepkości fazy gazowej
h�rm2 = 0,63
h�m2 =1,46�10-5
h�rm1= 0,65
[Pa�s]
h�krg 2 = 2,31�10-5
[Pa�s]
h�m2 =�h�rm2 ��h�krg2 =� 0,63�2,31�10-5 [Pa�s]
h�m1 =1,33�10-5
h�krg1= 2,05�10-5
[Pa�s]
[Pa�s]
h�m1 =�h�rm1 ��h�krg1 =� 0,65�2,05�10-5 [Pa�s]
4.5. Lepkość fazy ciekłej (wody)
� =
w
9,00765�10-4
w T = 298 K � = 9,00765�10-4 [Pa�s]
w
[Pa�s]
Strona | 13
Dane Obliczenia Wyniki
4.6. Kinetyczny współczynnik dyfuzji w fazie gazowej
3
2
T 1 1
DAC =� 4,3��10-�7 +�
2
1 1
M MC
T = 298 K
pć�u�A3 +�u�C 3 �� A
�� ��
Ł� ł�
M = 36,5
A
DAC =
u� = 28,3 [cm3/mol]
A
[kg/kmol]
1,96�10-5
u�C = 18,8 [cm3/mol] u�B = 31,2 [cm3/mol]
MC = 18
[m2/s]
[kg/kmol]
3
2
M = 28
298 1 1
DAB = 1,47�10-5
B
DAC =� 4,3��10-�7 +�
2
[kg/kmol] 1 1
36,5 18 [m2/s]
��
3 3
1ć�28,3 +�18,8
�� ��
Ł� ł�
yA2 = 0,2
3
DAM =
2
298 1 1
[kmol A/kmol i]
DAB =� 4,3��10-�7 +� 1,49�10-5
2
1 1
36,5 28
yB2 = 0,75
��
3 3 [m2/s]
1ć�28,3 +� 31,2
�� ��
Ł� ł�
[kmol B/kmol i]
Układ HCl  inerty:
yC 2 = 0,05
[kmol C/kmol i]
1-� yA2 1-� 0,2
DAM =� =�
yC 2 yB2 0,05 0,75
+� +�
DAC DAB 1,96 ��10-�5 1,47 ��10-�5
4.7. Dynamiczny współczynnik dyfuzji w fazie gazowej
R = 8314
nRT
[J/(kmol�K)]
u�M =� V =�
p u�M = 24,45
T = 298 K
1��8314 �� 298 [m3/mol]
u�M =� =� 24,45[m3/kmol]
101325
p = 101325 Pa
ó�
d� =
DAM AM
ó�
d� =�
AM
6,09 �10-7
u�M
DAM =
[kmol/(m�s)]
1,49 ��10-�5
1,49�10-5 [m2/s]
ó�
d� =� =� 6,09 ��10-�7 [kmol/(m�s)]
AM
24,45
4.8. Dynamiczny współczynnik dyfuzji w fazie ciekłej
w T = 298 K DAW = 2,64�10-9 [m2/s]
M = 18
D
ó�
[kg/kmol] d� =
AW
r�w
ó�
d� =� DAW
AW
14,63�10-8
M
D
r�w = 998,2
[kmol/(m�s)]
998,2
[kg/m3] ó�
d� = 2,64 ��10-�9 �� = 14,63�10-8 [kmol/(m�s)]
AW
18
Strona | 14
5. Wykres stężeń
Dane Obliczenia Wyniki
5.1. Linia równowagi
yA2 0,2
YA2 =� =� =� 0,25[kmolA/kmolD]
1-� yA2 1-� 0,2
yA1 0,035
YA1 =� =� =� 0,036 [kmolA/kmolD]
1-� yA1 1-� 0,035
Wykres stężeń Y = f(X ) sporządzony na podstawie
A A
tabeli rozpuszczalności HCl w wodzie oraz poniższych
zależności:
yA2 = 0,2
M
D
[kmolA/kmoli] X =� U ��10-�2 [kmol A/kmol D]
A A
M
A
yA1 = 0,035
YA2 = 0,25
pA
[kmolA/kmoli]
YA =� [kmol A/kmol D]
[kmol A/kmol D]
p -� pA
M =
A
YA1 = 0,036
36,5 [kg/kmol]
U p X Y
A A A A
[kmol A/kmol D]
M = 18 [kg/kmol]
0 0 0 0
D
2,04 0,012998 0,01006 0,0000001
p = 101325 Pa
4,17 0,067295 0,020564 0,0000007
8,7 0,4619 0,042904 0,0000046
13,64 2,146 0,067266 0,0000212
19,05 9,9175 0,093945 0,0000979
25 45,655 0,123288 0,0004508
31,6 211,3 0,155836 0,0020897
38,9 986,6 0,191836 0,0098327
47 4532,5 0,231781 0,0468270
56,3 19561,5 0,277644 0,2392449
66,7 68383 0,328932 2,0758606
5.2. Charakterystyka wykresu stężeń
Ponieważ jako fazę wodną przyjęto wodę:
X =� 0
A1
YA2 = 0,25
X =� 0
[kmol A/kmol D]
A1
Linia operacyjna dla minimalnego natężenia cieczy
*�
X = 0,278
A2
przechodzi przez punkty:
YA1 = 0,036
[kmol A/kmol D]
(�X ;YA1)� =� (�0;0,036)�
A1
[kmol A/kmol D]
*�
(�X ;YA2)�=� (�0,278;0,25)�
A2
Wykres stężeń został dołączony do projektu na osobnej
kartce.
Strona | 15
6. Bilans masowy
Dane Obliczenia Wyniki
6.1. Minimalne natężenie przepływu cieczy
X =� 0
A1
*�
&� &�
ó� ó�
X = 0,278 G = Gig (Y  Y ) = Gic (X  X )
A2
A A2 A1 A2 A1
[kmol A/kmol D]
&�
ć� ��
ó�
Gic
�� ��
= 0,77
YA2 = 0,25
�� &� ��
ó�
Gig
&�
ć� ��
Ł� ł�min
ó�
Gic YA2 -� YA1 0,25 -� 0,036
[kmol A/kmol D]
�� ��
=� =�
*
&�
�� ��
YA1 = 0,036 ó�
Gig
Ł� ł�min X A2 -� X A1 0,278 -� 0
[kmol A/kmol D]
6.2. Stężenie HCl w fazie ciekłej na wylocie (X )
A2
&�
ć� �� założono trzykrotnie większe zużycie wody
ó�
Gic
�� ��
= 0,77
�� &� ��
ó�
Gig
&� &�
ć� �� ć� ��
&�
Ł� ł�min ó� ó� ć� ��
Gic Gic ��
ó�
Gic
�� ��
�� ��
=� b�� =� 1,5��1,325 =� 2,31
=2,31
&� &�
�� �� �� �� &�
�� ��
ó� ó�
Gig Gig ó�
Gig
Ł� ł� Ł� ł�min
Ł� ł�
X =� 0
Y2-�
Y1
A1
A A
X2=� +�X1
A
[kmol A/kmol D]
&�ic A
ć�G ��
ó�
�� ��
YA2 = 0,25
X = 0,09
&�ig
��G ��
A2
ó�
Ł� ł�
[kmol A/kmol D]
[kmol A/kmol D]
YA1 = 0,036
0,25 -� 0,036
X =� +� 0 =� 0,09 [kmol A/kmol D]
[kmol A/kmol D]
A2
2,31
6.3. Masowe natężenie przepływu mieszaniny gazowej
wlot:
&�
Vg1 =1,128[m3/s]
&� &�
Gg 2 Vg 2 .
= � = 1,36�1,19 = 1,62 [kg/s]
g2
&�
&�
Vg 2 =1,36 [m3/s]
Gg 2 = 1,62 [kg/s]
wylot:
r�g 2 =1,19 [kg/m3]
&� &�
Gg1 = Vg1 .� = 1,128�1,13 = 1,27 [kg/s]
g1 &�
Gg1 = 1,27 [kg/s]
r�g1 = 1,13 [kg/m3]
6.4. Masowe i molowe natężenie przepływu inertów
M = 36,5
A
[kg/kmol]
wA2 = 0,25
Zawartość HCl w ułamku masowym:
yA2 = 0,2
[kg A/kg i]
M 36,5
wA2 =� yA2 A =� 0,2 �� =� 0,25
[kmol A/kmol i]
M 29,2
g 2
&�
M =29,2
Gig
g 2 = 1,215 [kg/s]
&� &� &�
Gig Gg 2 . Gg 2
=  w = 1,62  0,25.1,62 = 1,215 [kg/s]
A2
[kg/kmol]
&� &�
&�
ó�
Gig Gig g2
= / M = 1,215/29,2 &�
Gg 2
= 1,62 [kg/s]
ó�
Gig
=
&�
Gg1 = 1,27 [kg/s] 0,04[kmol/s]
Strona | 16
Dane Obliczenia Wnioski
&�
ó�
Gig = 0,04[kmol/s]
6.5. Wydatek masowy HCl
YA2 = 0,25
&�
ó�
GA = 0,0086
[kmol A/kmol D] &� &�
ó� ó�
GA = Gig (Y  Y ) = 0,04�(0,25  0,036)
A2 A1
[kmol/s]
YA1 = 0,036
[kmol A/kmol D]
&�
ó�
GA = 0,0086
6.6. Masowe natężenie przepływu cieczy
[kmol/s]
&�
ó�
Gic = 0,096
&�
X = 0,09 ó�
GA 0,0086
A2
&�
ó�
Gic = =
[kmol/s]
[kmol A/kmol D]
(XA2 - XA1) (0,09 - 0)
X =� 0
A1 &� &�
&�
ó�
Gc =� GicM =� 0,096��18
Gc = 1,72[kg/s]
D
[kmol A/kmol D]
M = 18 [kg/kmol]
D
6.7. Średni moduł napędowy procesu
Wyznaczono trzy przekroje aparatu.
W celu wyznaczenia średniego modułu napędowego
procesu skorzystano z wykresu stężeń oraz podanych
poniżej zależności:
X +� X
A2 A1
X =�
A3
2
X =� 0
A1
X = 0,045
A3
[kmol A/kmol D]
YA2 +� YA1
YA3 =�
[kmol A/kmol D]
X = 0,09
A2
2
[kmol A/kmol D]
*
YA3 = 0,143
(� Y 1A
1A +�)�
+�)�(� Y
+�
(� Y
1A
+�)�=�
m
YA2 = 0,25 [kmol A/kmol D]
2
[kmol A/kmol D]
*
Y-�A
Y
A
YA1 = 0,036
D�P�
=�
A
(�+�
1 Y)�
A
m
[kmol A/kmol D]
*�
Y = 0
A1
Przekrój 1 3 2
[kmol A/kmol D]
X 0 0,045 0,09
A
*�
Y = 0,11
A2
Y 0,036 0,143 0,25
A
[kmol A/kmol D]
*�
Y * 0 0,055 0,11
A
Y = 0,03
A3
"  =
A1
[kmol A/kmol D]
0,035[m/s]
Y * 0,036 0,088 0,14
A - Y
A
"  = 0,12[m/s]
A2
(1 + Y ) 1,018 1,099 1,18
A m
"  =
A3
"  0,035 0,0725 0,12
A 0,0725[m/s]
Spełniony jest warunek:
Strona | 17
Dane Obliczenia Wyniki
Średni moduł napędowy procesu obliczono na
podstawie wzoru:
6
"  = 0,035[m/s]
A1
D�P�
=�
Am
1 4 1
"  = 0,12[m/s]
A2
+� +�
D�P� =
Am
"  = D�P� D�P�
D�P�
A3
A A A
1 3 2
0,065[m/s]
0,0725[m/s]
6
D�P� =�
Am
1 4 1
+� +�
0,035 0,0725 0,12
6.8. Wyznaczenie średnicy aparatu
Gw =� 660[kg/m3]
6.8.1. Dobór wypełnienia kolumny
a =� 350[m2/m3]
Jako wypełnienie aparatu zastosowano pierścienie
e� =� 0,92 [m3/m3]
RasChiga ze stali o wymiarach 15x15x0,5 (złoże
usypane).
6.8.2. Prędkość zalewania kolumny
2
�� ł�
a �� wogz r�g
0,16
logę� (� 3 2 (�h�w ��103)� =�
ś�
g ��e� r�w
ę� ś�
�� ��
0,25
0,125
a =� 350[m2/m3] &�
ć� ��
ć� ��
Gc �� r�g ��
=� -�0,073 -�1,75�� &� �� �� 2 ��
�� ��
[m3/m3]
e� =� 0,92
Gg 2 Ł� r�w ł�
Ł� ł�
&�
Gc = 1,72[kg/s]
2
r�w = 998,2 [kg/m3]
�� ł�
350 �� wogz 1,19
0,16
logę� �� ��(�9,00765 ��10-�4 ��103)� =�
ś� v� = 1,64[m/s]
ogz
� =
w
ę�9,81�� 0,923 998,2 ś�
�� ��
v� = 1,31 [m/s]
0,25 0,125
og
9,00765�10-4 [Pa�s]
ć�1,72 �� ć� 1,19 ��
(� =� -�0,073 -�1,75 �� �� �� �� ��
g = 9,81 [m/s2]
998,2
Ł�1,62 ł� Ł� ł�
r�g 2 =1,19 [kg/m3]
&�
2
Gg 2 = 1,62 [kg/s]
log[�0,0537v� ]�=� -�0,8407
ogz
10-�0,8407
v� =�
ogz
0,0537
v� =� 0,8v� =� 0,8��1,64 =� 1,31[m/s]
og ogz
Strona | 18
Dane Obliczenia Wyniki
6.8.3. Średnica wewnętrzna aparatu
&�
Vg 2 1,36
f =� =�
v� 1,31
og
v� = 1,31 [m/s]
f = 1,038 m2
og
&�
Dw = 1,2 m
Vg 2 =1,36 [m3/s]
4 f 4 ��1,038
Dw =� =� =� 1,15[m]
P� P�
założono Dw = 1,2 m
6.8.4. Rzeczywista prędkość przepływu
mieszaniny gazowej
2
P�Dw P� ��1,22
frz =� =� frz = 0,636 m2
Dw = 1,2 m
4 4
v�og2 = 1,2 [m/s]
&�
&� Vg 2 1,36
Vg 2 =1,36 [m3/s]
v� =� =�
og2
v� =
frz 1,13
og1
&�
Vg1=1,128[m3/s]
v�og <�v�og 0,99H"1[m/s]
2
&�
Vg1 1,128
v� =� =�
og1
frz 1,13
7. Obliczenia kinetyczne
Dane Obliczenia Wyniki
7.1. Współczynnik wnikania masy w fazie
gazowej
7.1.1. Prędkość masowa gazów
&�
Gg 2 1,62
gg 2 =� =�
frz = 1,13 m2 gg 2 = 1,43
frz 1,13
[kg/(m2�s)]
&�
Gg 2
= 1,62 [kg/s]
&�
Gg1 1,27
&�
Gg1 = 1,27 [kg/s] gg1= 1,12
gg1 =� =�
frz 1,13
[kg/(m2�s)]
Strona | 19
Dane Obliczenia Wyniki
a =� 350[m2/m
7.1.2. Liczba Reynoldsa
gg 2 = 1,43
1 1
de =� =�
[kg/(m2�s)]
de = 2,86�10-3 [m]
a 350
gg1= 1,12
gg 2de 1,43�� 2,86 ��10-�3
Reg 2 =� =�
[kg/(m2�s)] h�g 2 1,46 ��10-�5
Reg 2 = 279,83
Reg1= 240,58
h�g 2 =1,46�10-5
gg1de 1,12 �� 2,86 ��10-�3
Reg1 =� =�
[Pa�s]
h�g1 1,33��10-�5
h�g1 =1,33�10-5
[Pa�s]
h�g 2 =1,46�10-5
7.1.3. Liczba Schmidta
[Pa�s]
h�g1 =1,33�10-5
h�g 2
1,46 ��10-�5
Scg 2 =� =�
[Pa�s]
ó�
M d� 29,2 �� 6,09 ��10-�7
g 2 AM
M = 29,2
g 2 Scg 2 = 0,82
h�g1
1,33��10-�5
[kg/kmol]
Scg1 = 0,79
Scg1 =� =�
ó�
M d� 27,6 �� 6,09 ��10-�7
g1 AM
M = 27,6
g1
[kg/kmol]
ó�
d� = 6,09 �10-7
AM
[kmol/(m�s)]
7.1.4 Liczba Sherwooda
Reg 2 = 279,83
0 0
8 ,
33
Sh0 Re
=�11, Sc
,
g g g
Reg1= 240,58 Shg 2 = 9,35
Shg 2 =� 0,11�� 279,830,8 �� 0,820,33
Scg 2 = 0,82 Shg1= 8,18
Scg1 = 0,79
Shg 2 =� 0,11�� 240,580,8 �� 0,790,33
7.1.5. Współczynnik wnikania masy
ó�
Shgd�
AM
ó�
b�g =� de =� dw =� 0,015m
ó�2
b�g = 3,79�10-4
Shg 2 = 9,35
de
[kmol/(m2�s)]
Shg1= 8,18
ó�2 9,35�� 6,09 ��10-�7
b�g =�
ó�
d� = 6,09�10-7
0,015 ó�
AM b�g1 = 3,32�10-4
[kmol/(m�s)]
[kmol/(m2�s)]
ó�2 8,18�� 6,09 ��10-�7
b�g =�
0,015
7.2. Współczynnik wnikania masy w fazie ciekłej
&�
Gc = 1,72[kg/s]
7.2.1. Prędkość masowa cieczy
gc = 1,52
frz = 1,13 m2
&�
Gc 1,72
[kg/(m2�s)]
gc =� =�
frz 1,13
Strona | 20
Dane Obliczenia Wyniki
7.2.2. Liczba Reynoldsa
gc = 1,52
gcde 1,52 �� 2,86 ��10-�3
[kg/(m2�s)]
Rec =� =� d = 1/a
e
de = 2,86�10-3 [m]
h�w 9,00765��10-�4
Rec = 4,82
� = 9,00765�10-4
w
[Pa�s]
� = 9,00765�10-4 7.2.3. Liczba Schmidta
w
[Pa�s]
ó�
d� = 14,63 �10-8
h�w 9,00765��10-�4
AW
Scc =� =� Scc = 342
[kmol/(m�s)]
ó�
M d� 18��14,63��10-�8
D AW
M = 18 [kg/kmol]
D
7.2.4 Liczba Scherwooda
Rec = 4,82
0,33
Shc =� 0,015Re0,66 Scc
Shc = 0,29
c
Scc = 342
Shc =� 0,015�� 4,820,66 ��3420,33
7.2.5. Współczynnik wnikania masy
Shc = 0,29 � = 8,11*10-5 [m]
e
ó�
b�c = 5,23�10-4
ó�
d� = 14,63 �10-8
AW
[kmol/(m2�s)]
ó�
[kmol/(m�s)] Shcd� 0,29 ��14,63��10-�8
AW
ó�
b�c =� =
d�e 8,11��10-�5
7.3. Współczynnik przenikania masy
Ky2 = 1,19�10-5
7.3.1. Zamiennik n
Ky1 = 1,22
Przekrój
Y
A
r = 6,2
1 1,2�10-7 0,036 0,01006 1,19�10-5
2 0,11 0,25 0,09 1,22
my1 = 7,38�10-5
*
ć� ��
YA2 my2 = 7,56
�� ��
log�� * �� ć� 0,061��
log�� ��
YA1
0,02
Ł� ł� Ł� ł�
r =� =�
n1= 7,45�10-5
X
ć� �� ć� 0,037 ��
log
�� �� �� ��
log�� A2 ��
n2 = 7,42
0,0127
X
Ł� ł�
Ł� A1 ł�
my ��r
=�Ky
my1 =� Ky1 �� r =� 1,19��10-�5 �� 6,2
my2 =� Ky2 �� r =� 1,22�� 6,2
1
+�X
A
n my
=� ��
*
1 Y
+�
A
1+� X 1+� 0,01006
A1
n1 =� my1 �� =� 7,38 ��10-�5 ��
*
1+� YA1 1+� (1,2 ��10-�7 )
Strona | 21
Dane Obliczenia Wyniki
1+� X 1 +� 0,09
A2
n2 =� my2 �� =� 7,56 ��
*
1 +� YA2 1+� 0,11
7.3.2. Współczynnik przenikania masy
ó�2
b�g = 3,79�10-4
1 1 n
[kmol/(m2�s)]
=� +�
ó� ó� ó�
k b� b�
g c
ó�
k1 = 3,31�10-4
ó�
b�g1 = 3,32�10-4
1
[kmol/(m2�s)]
ó�
k1 =�
[kmol/(m2�s)]
1 7,45 ��10-�5
+�
ó�
k2 = 5,94�10-5
3,32 ��10-�4 5,23��10-�4
ó�
b�c = 5,23�10-4
[kmol/(m2�s)]
[kmol/(m2�s)]
1
ó�
k2 =�
n1=7,45�10-5
1 7,42
+�
n2 = 7,42
3,79 ��10-�4 5,23��10-�4
ó�
k1 = 3,31�10-4
7.3.3. Średni współczynnik przenikania masy
[kmol/(m2�s)]
ó�
k = 1,96�10-5
ó� ó�
k2 +� k1 5,94��10-�5 +� 3,31��10-�4
ó�
k =� =� [kmol/(m2�s)]
ó�
k2 = 5,94�10-5
2 2
[kmol/(m2�s)]
7.4. Powierzchnia wymiany masy
D�P� =
Am
7.4.1. Teoretyczna powierzchnia wymiany
0,065[m/s]
&�
ó�
GA = 0,0086
masy
F = 676 m2
[kmol/s]
&�
GA 0,0086
ó�
k = 1,96�10-5
F =� =�
[kmol/(m2�s)] ó�
D�P� k 0,065��1,96 ��10-�5
Am
7.4.2. Współczynnik użyteczności powierzchni
&�
Gc 1,72
&�
Gc = 1,72[kg/s]
&�
Vc r�w
998,2
v� =� =� =�
v� =
oc
oc
r�w = 998,2
frz frz 1,13
1,52�10-3 [m/s]
[kg/m3]
f (v� ) =� 10
oc
f� = 0,705
a = 350 [m2/m3]
3
f = 1,13 [m2]
rz a
f� =�
f (v� )
oc
7.4.3. Rzeczywista powierzchnia wymiany
masy
*
F = 676 m2
F = 958 m2
F 676
*
F =� =�
F� 0,705
Strona | 22
7.5. Wysokość warstwy wypełnienia
*
F = 958 m2 *
F 958
a =� 350[m2/m3] H =� =�
H = 2,42 [m]
a �� frz 350 ��1,13
Hrz = 3,15 [m]
frz = 1,13 m2
założono 30% naddatek wysokości:
Hrz =� 1,3�� H =� 1,3�� 2,42
7.6. Warunek smukłości aparatu
Hrz = 3,15 [m] Hrz
=� 2,63
Hrz 3,15
=� =� 2,63 Ł� 7
Dw = 1,2 m Dw
Dw 1,2
8. Hydrodynamika kolumny z wypełnieniem.
Dane Obliczenia Wyniki
8.1. Spadek ciśnienia na wypełnieniu
a =� 350[m2/m3] 8.1.1. Średnica zastępcza
4e� 4 �� 0,92
[m3/m3]
e� =� 0,92
de = 0,011 [m]
de =� =�
a 350
v�og2 = 1,2 [m/s]
8.1.2. Liczba Reynoldsa
r�g 2 =1,19 [kg/m3]
de ��v� �� r�g 2 0,011��1,2 ��1,19
og2
Re =� =�
[m3/m3]
e� =� 0,92
Re = 1169
e� ��h�g 2 0,92 ��1,46 ��10-�5
h�g 2 =1,46�10-5
[Pa�s]
de = 0,011 [m]
8.1.3. Współczynnik oporu hydraulicznego
Re = 1169
15,2 15,2
l� = 3,7
l� =� =�
Re0,2 11690,2
v�og2 = 1,2 [m/s]
r�g 2 =1,19 [kg/m3] 8.1.4. Spadek ciśnienia na wypełnieniu
2
[m3/m3]
e� =� 0,92 v� r�g 2 Hrz
1,22 ��1,19 �� 3,15
og2
D�Ps = 1072 Pa
D�Ps =� l� =� 3,7 ��
2
Hrz = 3,15 [m]
2e� de 2 �� 0,922 �� 0,011
de = 0,011 [m]
l� = 3,7
v�og2 = 1,2 [m/s]
8.2. Sprawdzenie warunku na zachłystywanie
wymiennika
v� = 1[m/s]
og1 P�1= 3,01�10-5
2
v� r�g 2 0 3,7 ��350 ��1,2 ��1,19 �� (9,00765��10-�4 )0,2 P�2 = 0,037
l� �� a
og2
r�g 2 =1,19 [kg/m3]
P�11 =� h�w,2 =�
(�
3
4e� 2g r�w 4 �� 0,923 �� 2 ��9,81��998,2
[m3/m3]
e� =� 0,92
Strona | 23
(�
g = 9,81 [m/s2]
&�
Gc r�g 2 1,72 1,19
P�2 =� =� ��
de = 0,011 [m]
&�
Gg 2 r�w 1,62 998,2
l� = 3,7
� = 9,00765�10-4
w Zgodnie z wykresem aparat nie będzie się zachłystywał.
[Pa�s]
a =� 350[m2/m3]
r�w = 998,2
[kg/m3]
&�
Gg 2 = 1,62 [kg/s]
&�
Gc = 1,72[kg/s]
8.3. Spadek ciśnienia na wypełnieniu zraszanym
b� = 0,0533
8.3.1. Współczynnik zraszania
Azr = 1,205
gc = 1,52
oc
[kg/(m2�s)]
Azr =� 10b�g =
8.3.2. Spadek ciśnienia
D�Ps = 1072 Pa
D�P = 1291 [Pa]
Azr = 1,205
D�P =� AzrD�Ps =� 1,205��1072
8.4. Ilość cieczy zatrzymywanej na wypełnieniu
8.4.1. Statyczna ilość cieczy
rs = 0,024
dn =� dw =
0,015 [m] [m3/m3]
1,53��10-�4 1,53��10-�4
rs =� =�
dn1,2 0,0151,2
8.4.2. Dynamiczna ilość cieczy
gcdn 1,52 �� 0,015
� = 9,00765�10-4
w
ReL =� =�
h�we� 9,00765��10-�4 �� 0,92
[Pa�s]
ReL = 27,5
gc = 1,52 0,75
ć� ��
h�w
rd = 0,037
�� ��
rd =� 2,9 ��10-�5 ��e� �� Re0,66�� �� �� dn-�1,2
[kg/(m2�s)]
L
Ł�h�H 2O ł� [m3/m3]
[m3/m3]
e� =� 0,92
0,75
dn = 0,015 [m]
ć� ��
9,00765��10-�4
��
rd =� 2,9 ��10-�5 �� 0,92 �� 27,50,66�� �� �� 0,015-�1,2
9,00765��10-�4 ��
Ł� ł�
rs = 0,024
8.4.3. Całkowita ilość cieczy
rc = 0,061
[m3/m3]
rc =� rs +� rd =� 0,024 +� 0,037
rd = 0,037
[m3/m3]
[m3/m3]
Strona | 24
9. Dobór zraszacza ,rusztu nośnego oraz odkraplacza.
Dane Obliczenia Wyniki
9.1. Dobór zraszacza
Dobrano zraszacz rurowy. Wybrano heksagonalny układ
Dw = 1,2 m
rurek o d = 0,025 m i grubości s = 0,0026 m. Jako podziałkę
z
wybrano 3,5�d .
z
9.1.1. Ilość rurek w zraszaczu
t = 3,5�d = 3,5�0,025 = 0,0875 m
z
D = D  2�0,05 [m]
zr w
D =� Dzr -� 2��t -� dz =� 1,1-� 2�� 0,015 -� 0,025
D 1,045
=� =� 11,9
d = 0,025 [m] D =1,1 m
z zr
t 0,0875
D = 1,2 [m]
w
i = 91
Ze względu na średnicę kolumny nie jesteśmy w stanie w
zraszaczu zamontować 127 rurek, dlatego stosunek D/t
zmniejszamy do 10.
D = (10*t)+d +t+2*0,05 = 1,175
z
Dobrano i = 91 rurek.
9.2. Dobór rusztu nośnego
g� = 6475 [N/m3]
p
Dw = 1,2 m
Podziałkę rusztu nośnego wybrano t = 0,012 m, ze względu
Hrz = 3,15 [m]
na wielkość wypełnienia d = 0,015 m.
w
g� = 8093
m
t = 0,012 m
9.2.1. Ciężar całkowity przypadający na podziałkę
[N/m3]
najdłuższego płaskownika
Gw =� 660[kg/m3]
(�
Q* = 294 N
Q* =� Dw �� Hrz ��t ��g�
m
g = 9,81 [m/s2]
9.2.1.1. Ciężar właściwy wypełnienia suchego
(�
g� =� Gw �� g =� 660��9,81
p
9.2.1.2. Ciężar właściwy wypełnienia mokrego
g� =� 1,25��g� =� 1,25�� 6475
m p
9.2.1.3. Ciężar całkowity przypadający na podziałkę
Q* =� Dw �� Hrz ��t ��g� =� 1,2��3,15�� 0,012�� 6475
m
Strona | 25
Dane Obliczenia Wyniki
9.2.2. Obciążenie ciągłe przypadające na
Q* = 294 N
płaskownik podparty w dwóch miejscach
q* = 245 [N/m]
Dw = 1,2 m Q* 294
q* =� =�
Dw 1,2
9.2.3. Maksymalny moment gnący
2
q* �� l
max
q* = 245 [N/m]
M =�
g max
lmax = 1,14 m
8
Dw = 1,2 m
lmax =� Dw -� 2�� sp =� 1,2 -� 2�� 0,03
M = 40[N�m]
g max
sp = 0,03 m
245��1,142
M =�
g max
8
9.2.4. Wskaz
nik wytrzymałości przekroju
kg = 1,47�108 [Pa]
Re = 216�106 [Pa]
kg =� 0,68�� Re =� 0,68�� 216��106
Wy =
M = 40 [N�m]
Mgmax 40
g max
Wy =� =�
2,72�10-7[m3]
kg 1,47 ��108
9.2.5. Wysokość płaskownika
Założono grubość płaskownika s = 0,006 m
Wy = 2,72�10-7[m3]
h = 0,017 m
6 ��Wy 6 �� 2,72 ��10-�7
h =� =�
s 0,006
Zgodnie z normami przyjęto płaskownik
o wymiarach 17x6 mm.
9.2.6. Moment bezwładności powierzchni
przekroju płaskownika
s = 0,006 m
I = 2,46�10-9
y
h = 0,017 m
[m4]
s �� h3 0,006 �� 0,0173
I =� =�
y
12 12
9.2.7. Ciężar własny płaskownika
(�
r�st = 7800 [kg/m3]
Qw =9,37 N
Qw =� Dw �� s �� h �� r�st �� g =� 1,2�� 0,006�� 0,017 �� 7800��9,81
9.2.8. Strzałka ugięcia
lmax = 1,14 m
E =
Q1 =� Q* +� Qw
2,03�1011[N/m2]
Q1 = 303 N
I = 2,46�10-9 [m4] *
y
3 f = 0,0012 m
5�� Q1 ��lmax 5��303��1,143
*
f =� =�
Q* = 294 N
384 �� E �� I 384 �� 2,03��1011 �� 2,46 ��10-�9
y
Qw = 9,37 N
Strona | 26
9.2.9. Procent powierzchni zajmowanej przez
s = 0,006 m
płaskowniki nośne
a� = 50%
t = 0,012 m s 0,006
a� =� ��100 =� ��100 =� 50%
t 0,012
9.2.10. Płaskowniki łączące
Płaskowniki łączące przyjęto o szerokości s = 0,006 m i
h = 0,017 m h1 = 0,0085 m
grubości h1 =� 0,5�� h =� 0,0085m
9.3. Dobór odkraplacza
Jako odkraplacz wybrano 30 cm warstwę pierścieni
Hodk = 0,3 m
Raschiga ze stali o wymiarach 15x15x0,5 mm.
10. Obliczenia wytrzymałościowe.
Dane Obliczenia Wyniki
10.1. Grubość płaszcza części zbiornikowej.
k = 1,2"108
R = 216"106Pa 10.1.1. Obliczanie dopuszczalnych naprężeń na rw
e
X = 1,8
e N/m2
zrywanie dla płaszcza:
k =(R /Xe)"ą=(216"106Pa/1,8)"1=1,19"108 N/m2
rw e
10.1.2. Obliczanie naddatków na grubość:
c =0,0008m
1
s=0,0001m/rok
c =s"�=0,0001m/rok"10lat=0,001m c = 0,0018m
2
�=10lat
c =0
3
c=c +c +c =0,0008m+0,001m+0=0,0018m
1 2 3
10.1.3. Obliczenie grubości ścianki płaszcza
Dw pow
g0 =�
2,3
Dw = 1,2m
kz -� pow
a
pow=101325 Pa
krw=1,2"108
g =
0
g=0,006[m]
N/m2
z=0,8
Zgodnie z normą BN-65/2002-02 za grubość
a=1
rzeczywistą ścianki przyjmuję g = 0,006m (ze względu
na dobór łap wspornikowych).
Strona | 27
Dane Obliczenia Wyniki
10.2. Grubość ścianki dennicy.
D =dw+2"g=1,212m
z
10.2.1. Obliczenie współczynnika Hw/Dz:
Hw =� hw +� g + h
c
H
w
=0,34
Dz
10.2.2. Obliczenie wartości współczynnika �:
h = 0,3m d = 0,2m [założono]
w d
d
h =0,025m
c
w� =�
g=0,006m
Dz g
� = = 2,34
y =2,69
w
� = 2,34
(Odczytano z tabeli: T. Wilczyński  Materiały
pomocnicze , str.46)
k 1,39"108
rd=
N/m2
10.2.3. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych na
zrywanie dla dennicy:
k =(R /Xe)"ą=(216"106Pa/1,55)"1=1,39"108 N/m2
rd e
10.2.4. Obliczenie grubości ścianki dennicy:
Dz pow yw
g =� +� c
4kz
D =1,212 m
z
1,212 ��101325 �� 2,69
p=101325 Pa
g =� +� 0,0018
y =2,69
w
4 ��1,39*108 �� 0,8
g=0,006m
k=1,39"108 N/m2
g = 0,0025m
den
z=0,8
"
c=0,0018
Zgodnie z normą PN-64/M-35411 za grubość ścianki
przyjmuję wielkość g = 0,006m.
den
N 10.3.Największy otwór w płaszczu
p =� 101325
niewymagający wzmocnienia.
m2
Dw =� 1,2m
z =0,088
10.3.1. Obliczenie wartości współczynnika
g =� 0,006m r
wytrzymałościowego płaszcza osłabionego
c2 =� 0,001m
otworem
a =� 1
k=1,19"108 N/m2
Strona | 28
pow(Dw +� g -� c2 )
zr =�
2,3
k(g -� c2 )
a
101325�� (1,2 +� 0,006 -� 0,001)
zr =�
2,3
��1,19 ��108 (0,006 -� 0,001 )
1
z =0,088
r
10.3.2. Obliczenie średnicy otworu w płaszczu:
3
d1 =� 0,81�� Dw(g -� c2 )(1-� zr )
Dw =� 1,2m
3
d1 =� 0,81�� 1,2�� (0,006 -� 0,001)(1-� 0,088 ) =� 0,18
g =� 0,006m
d2 =� 0,35Dz d =0,18m
1
c2 =� 0,001m
d2 =� 0,35��1,212 =� 0,42
z =0,088
r
d3=0,2m
za największy otwór przyjmujemy najmniejszą
wartość z trzech obliczonych
10.4. Największy otwór w dennicy
niewymagający wzmocnienia.
10.4.1. Obliczenie wartości współczynnika
N
p =� 101325
wytrzymałościowego dennicy osłabionej
m2
otworem
Dw =� 1,2m
pow(Dw +� g -� c2 ) z =0,076
r
g =� 0,006m zr =�
2,3
k(g -� c2 )
c2 =� 0,001m
a
a =� 1
101325 �� (1,2 +� 0,006 -� 0,001)
k=1,39"108 N/m2
zr =� =� 0,076
2,3
��1,39 ��108 (0,006 -� 0,001 )
1
10.4.2. Obliczenie największej średnicy otworu
w dennicy nie wymagającej wzmocnienia.
3
d1 =� 0,81�� Dw(g -� c2 )(1-� zr )
Dw =� 1,2m
3
d1 =� 0,81�� 1,2�� (0,006 -� 0,001)(1-� 0,076 ) =� 0,17
g =� 0,006m
d= 0,17m
c2 =� 0,001m
d2 =� 0,35Dz
z =0,076
r
d2 =� 0,35��1,212 =� 0,42
d =0,2
3
Strona | 29
Dane
Obliczenia Wyniki
10.5. Dobór króćców wlotowych i wylotowego
Na podstawie normy BN-76/2211-40 dobrano króciec
rodzaju I o następujących parametrach:
d =159 mm
z
s=6,3 mm
h= 255 mm
m= 14,53 kg
10.6. Dobór kołnierza:
Na podstawie normy PN-67/H-74722 dobrano kołnierz
o następujących parametrach:
H=115 mm
D =1380 mm
0
d = 40mm
0
s=11mm
masa= 173 kg
10.7.Obliczenia pierścienia wzmacniającego
10.7.1. Dobór włazu:
Na podstawie normy BN-83/2211-25/02 dobrano właz
typu PZ o następujących parametrach:
D =600 mm
nom
s =5mm
rury
l =200 mm
rury
g = 46 mm
koł
D =750 mm
z
d =26 mm
o
m=156 kg
10.7.2. Obliczenie powierzchni wzmocnienia:
F =2Lg
wz wz
g =0,6" g
wz płaszcza
L=
g =0,006 m
0
c =0,001 m
2
D =1,2 m L= =1,00 m
nom
F =0,0072 m2
wz
F =2"1"0,6"0,006=0,0072 m2
wz
Strona | 30
11. Obliczenia ciężaru aparatu.
Dane Obliczenia Wyniki
11.1. Masa aparatu pustego.
11.1.1. Masa części cylindrycznej.
Wysokość części cylindrycznej odczytujemy z normy
BN-75/2221-21
H = 2000 mm
c
Hc = 4 m
jednak ze względu na wysokość wypełnienia 3,2m
Dw = 1,2 m
zwiększamy wysokość części cylindrycznej do 4 m
H = 4[m]
c
Dz = 1,212 m
r�st = 7800 [kg/m3]
1
2 2
mc =� �� Hc ��p� ��(�Dz -� Dw)��� r�St
mc = 709 [kg]
4
1
2 2
mc =� �� 4 ��p� ��(�(�1,212)� -� (�1,2)� )��� 7800
4
md = 154 kg
11.1.2. Masa dennic
md =� 2 �� 77
mk = 692 kg
11.1.3. Masa kołnierzy
mk =� 4��173
mkr = 58,12kg
11.1.4. Masa króćców gazu i cieczy
Dw = 1,2 m
mkr =� 4 ��14,53
r�st = 7800 [kg/m3]
mwł = 156 kg
11.1.5. Masa włazów wraz z króćcami
Hrz = 3,12 [m]
mwł =� 156
mwyp = 748,44 kg
Gw =� 660[kg/m3]
11.1.6. Masa wypełnienia suchego
Hodk = 0,3 m
2
p� �� Dw 1,22
mwyp =� �� Hrz �� Gw =� �� 3,15 �� 660
4 4
modk = 224 kg
11.1.7. Masa odkraplacza
2
p� �� Dw 3,14 ��1,22
modk =� �� Hodk �� Gw =� �� 0,3�� 660
4 4
Strona | 31
11.1.8. Masa aparatu pustego:
map =� mc +� md +� mk +� mkr +� mwł +� mwyp +� modk
map = 2747 kg
map =� 709 +�154 +� 692 +� 63 +�156 +� 749 +� 224
11.2. Masa aparatu zalanego.
Dw = 1,2 m
11.2.1. Masa wody
2
mwody= 216,9 kg
p� �� Dw
Hrz = 3,15 [m]
mwody =� �� Hrz �� rc �� r�w
4
rc = 0,061 [m3/m3]
3,14 ��1,22
mwody =� �� 3,15�� 0,061��998,2
r�w = 998,2 [kg/m3]
maz = 2963kg
4
map = 2747 kg
11.2.2. Masa aparatu zalanego
maz =� map +� mwody =� 22747 +� 216,9
11.3. Dobór łap
Miarę obciążającą wyznaczamy ze wzoru:
Mo = 1481,5 kg
maz = 2963 kg
maz 2963
M =� =�
o
2 2
Dobieram 3 łapy  wielkość 180 mm oraz blachę
wzmacniającą pod łapy o wymiarach 230x180x5.
W=�0,18
m
H=�0284
, m
s =�0,15
m
m=�0182
, m
emax =� 0,15m
masa = 9,1 kg
Hc = 4 m
11.4. Wysokość aparatu
H = 0,3 m
d
Hap =� Hc +� 2�� Hd +� 4�� Hk +� Hkr
Hap = 5,6 m
H = 0,115 m
k
Hap =� 4 +� 2�� 0,3 +� 4�� 0,115 +� 2�� 0,255
Hkr = 0,255 m
Strona | 32
12. Wykaz oznaczeń i jednostek.
Azr
Współczynnik zraszania
C Współczynnik
Kinematyczny współczynnik dyfuzji [m2/s]
D
Dw
Średnica wewnętrzna aparatu m
Dz
Średnica zewnętrzna aparatu m
Powierzchnia wymiany masy m2
F
G Gęstość usypowa [kg/m3]
&�
Masowe natężenie przepływu [kg/s]
G
&�
ó� Molowe natężenie przepływu [kmol/s]
G
Wysokość warstwy wypełnienia m
H
Iy
Współczynnik wytrzymałościowy m
Masa molowa [kg/kmol]
M
Mg
Moment gnący [N�m]
Spadek ciśnienia na wypełnieniu Pa
D�P
Q
Ciężar całkowity N
Stała gazowa [J/(K�kmol)]
R
Re
Najmniejsza gwarantowana granica plastyczności Pa
Re Liczba Reynoldsa
Sc Liczba Schmidta
Sh Liczba Scherwooda
Temperatura K
T
Tkr
Temperatura krytyczna K
Tkrm
Temperatura krytyczna mieszaniny gazów K
Trm
Temperatura zredukowana mieszaniny gazów K
Wy
Wskaz
nik wytrzymałości przekroju m3
&�
Objętościowe natężenie przepływu [m3/s]
V
[kmol A/
Stężenie czynnika absorbowanego
X
kmoli]
[kmol A/
*
Równowagowe stężenie czynnika absorbowanego
X
kmoli]
Strona | 33
X
Współczynnik bezpieczeństwa [-]
e
[kmol A/
Stosunek molowy
Y
kmoli]
[kmol A/
*
Równowagowy stosunek molowy
Y
kmoli]
a
Powierzchnia właściwa wypełnienia [m2/m3]
c
Całkowity naddatek grubości m
c1
Naddatek grubości na minusową odchyłkę blachy m
c2
Naddatek grubości na korozję m
c3
Naddatek grubości na dodatkowe naprężenia m
d Średnica otworu m
f
Powierzchnia wymiany masy m2
Q* Strzałka ugięcia [�m2]�
g
Prędkość masowa [kg/(m2�s)]
g
Grubość ścianki aparatu i dennicy m
(�
g
Przyspieszenie ziemskie [m/s2]
h Wysokość, grubość m
i Liczba otworów [-]
ó�
k Współczynnik przenikania masy [mol/(m2�s)]
kr
Naprężenia dopuszczalne na rozciąganie Pa
kg
Współczynnik wytrzymałościowy [N/m2]
l Długość m
m
Masa kg
p
Ciśnienie atmosferyczne Pa
pkr
Ciśnienie krytyczne Pa
pkrm
Ciśnienie krytyczne mieszaniny gazów Pa
prm
Ciśnienie zredukowane mieszaniny gazów Pa
r Ilość cieczy zatrzymanej na wypełnieniu kg
q
Obciążenie ciągłe [N/m]
s
Szerokość m
t Podziałka dna sitowego m
Strona | 34
x
Długość drogi kropli w kierunku poziomym m
y
Udział molowy
z Długość drogi kropli w kierunku pionowym m
a�
Stopień przemiany %
ó�
b�
Współczynnik wnikania masy [mol/(m2�s]
g�
Ciężar [N/m3]
ó�
d� Dynamiczny współczynnik dyfuzji [kmol/(m�s]
e�
Porowatość [m3/m3]
h�
Lepkość [Pa�s]
l� Współczynnik oporu hydraulicznego
u�
Objętość cząsteczkowa [cm3/mol]
D�P�
Moduł napędowy procesu [m/s]
Am
r�
Gęstość [kg/m3]
w�
Prędkość przepływu [m/s]
INDEKSY
Odnosi się do składnika A - HCl
A
Odnosi się do składnika B  N
B 2
C Odnosi się do składnika C  pary wodnej
D Odnosi się do cieczy zraszającej  H O
2
c
Dotyczy cieczy lub części cylindrycznej aparatu
d Odnosi się do dennicy
e
Wymiar zastępczy
g
Odnosi się do gazu
i Odnosi się do inertów
k Odnosi się do kołnierza
kr Odnosi się do króćca
l Odnosi się do łapy
rz
Wymiar rzeczywisty
Strona | 35
St Odnosi się do stali 1H18N9T
w
Odnosi się do wody
wł Odnosi się do włazu
Dotyczy 1 przekroju aparatu - wylot
1
Dotyczy 2 przekroju aparatu - wlot
2
3 Dotyczy 3 przekroju aparatu
13. Literatura i wykaz norm.
L.Broniarz-Press, J.Różański, D.Dulska, Sz.Woziwodzki   Inżynieria chemiczna i
procesowa  materiały pomocnicze, część III  Procesy wymiany masy  Wyd PP,
P-ń 2005
L.Broniarz-Press, J.Różański, Sz.Woziwodzki   Inżynieria chemiczna i procesowa 
materiały pomocnicze, część II  Procesy wymiany ciepła  Wyd PP, P-ń 2001
T. Wilczewski  Pomoce projektowe z podstaw maszynoznawstwa chemicznego 
Wyd PG, Gdańsk 2008
BN-64/2221-02 - średnice wewnętrzne powłok cylindrycznych zwijanych z blach
BN-64/2252-01 - łapy
BN-65/2002-02 - grubości blach
BN-66/2212-08 - wymiary blach wzmacniających pod łapy
BN- 75/2211-34 - króćce gazu i cieczy
BN-83/2211-25.01 - włazy płaskie wraz z króćcem
PN-67/H-74722 - kołnierze przypawane okrągłe z szyjką
PN-69/M-35413 - dna o małej wypukłości stalowe
Strona | 36