MIESZANIE GAZÓW W MIESZALNIKU STATYCZNYM

Transkrypt

1 JAN HEHLMANN, BOGUSŁAW SĄSIADEK, EDYTA KUJAWSKA, JACEK ZASĘPA MIESZANIE GAZÓW W MIESZALNIKU STATYCZNYM GAS MIXING IN A STATIC AGITATOR STRESZCZENIE: W pray przestawioo baaia proesu mieszaia amoiaku i powietrza, przeprowazoe w mieszaliku statyzym własej kostrukji, z orygialymi elemetami mieszająymi []. Przebaao także opory przepływu meiów proesowyh w mieszaliku. Opraowao rówaia umożliwiająe projektowaie mieszalika la wymagayh parametrów proesowyh. SUMMARY: This paper presets researhes of ammoia a air mixig proess i the stati agitator of ow ostrutio with origial mixig elemets []. There have bee also examie pressure rops of proess meia i the agitator. The equatios useful i agitator esigig for require proess parameters have bee elaborate WPROWADZENIE W wielu tehologiah przemysłu hemizego efektywy przebieg proesu jest uwarukoway jeoroym wymieszaiem strumiei gazowyh. Jeym z przykłaów może być proes katalityzego spalaia amoiaku w tehologii proukji kwasu azotowego. Niejeoroość mieszaki reakyjej powouje zróżiowaie lokalyh stopi przemiay, o objawia się lokalym wzrostem temperatury, prowaząym o przepalaia katalityzyh siatek platyowo roowyh oraz zaburzeiem skłau gazów poreakyjyh. Sytuaja taka może wystąpić w każej reakji katalityzej [ 6]. Przemiotem pray są baaia proesu mieszaia amoiaku i powietrza jako ukłau moelowego o zazeiu utylitarym. CEL I ZAKRES BADAŃ Celem baań było określeie zarówo wpływu zmia parametrów proesowyh a skutezość mieszaia strumiei gazowyh w mieszaliku z zastosowaiem orygialego elemetu mieszająego, jak i oporów przepływu. Baaia przeprowazoo a istalaji laboratoryjej, której shemat przestawia rys..

2 Rys.. Shemat istalaji laboratoryjej. Mieszalik statyzy (5), skłaa się z przewou rurowego wykoaego ze szkła orgaizego o śreiy wewętrzej 0,04 m i ługośi ostosowaej o ilośi

3 użytyh elemetów mieszająyh (4). Powietrze oprowazae jest o głowiy mieszalika (3) za pomoą wetylatora (9), którego wyajość reguluje się za pomoą zaworu kulowego (Z). Amoiak z butli () poaway jest o głowiy mieszalika (3) przez przewó (). W końowym oiku tego przewou umieszzoe są wymiee ysze o śreiah 0,004; 0,005; 0,0 m, tak usytuowae, że końówka yszy styka się z pierwszym elemetem mieszalika, a wię strumień amoiaku już przy wyloie z yszy rozziela się a ztery strugi. Próbki o ozazaia stężeia a wyloie z mieszalika pobierae są poprzez 5 so (6), o śreiy 0,004 m, umieszzoyh w głowiy wylotowej (7). Końowa mieszaia kierowaa jest o płuzki (0), w której zajuje się 5% roztwór kwasu siarkowego, zobojętiająy amoiak. Pozostały skłaik mieszaiy (powietrze) oprowazay jest o atmosfery. Zasaizym elemetem aparatu są wkłaki mieszająe orygialej kostrukji, przestawioe a rys. []. Pojeyzy elemet ma ługość 0,06m i wykoay jest z blahy o grubośi 0,00m. Wkłaka posiaa zęść krzyżową (/3 ługośi) i zęść wyprofilowaą (/3 ługośi). Elemety stykają się ze sobą z 45º kątem obrotu. Przepływająe gazy ulegają a każym elemeie poziałowi a 4 strumieie, które ulegają osiowemu przepływowi wirowemu. Taka buowa i ukła elemetów w mieszaliku powouje, że ałkowity efekt mieszaia jest astępstwem sekweyjego poziału i rekombiaji strumiei gazu. Rys.. Wkłay mieszająe zastosowae w baaiah, [].

4 Baaia przeprowazoo la astępująej zmieośi parametrów: ilość elemetów mieszająyh:,,3,4,6,8,9, prękość przepływu powietrza w mieszaliku: 5 m/s, stężeie omiale amoiaku w mieszaiie: 0,005 0,0 m 3 /m 3, śreia ysz olotowyh: 0,004; 0,005; 0,0 m, prękość amoiaku w yszy: 0 m/s. OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyiki baań opraowao weług moelu proesu mieszaia statyzego przyjętego za []. Rozkła so o pomiaru stężeń końowyh Strumień ulega rozproszeiu w struze o stężeiu pozątkowym amoiaku p, która przy iealym wymieszaiu osiągie stężeie rówowagowe *. * i i ki p 0 Rys.3. Ieowy proes mieszaia. L

5 Dla ustaloego proesu przepływowego mieszaia gazów, opraowao rówaie skutezośi proesu w postai [5]: η p k * p p e (Mo*) () Zmoyfikowaa lizba Margulesa (Mo*) jest opisaa fukją kryterialą [5], oająą poobieństwo proesu mieszaia statyzego gazu w postai: Mo* 0,0656 Re 0,36 Fr 0,64 0, o 0,65 0,708 () Śrei błą wzglęy tego rówaia wyosi = 7,%. Rówoześie przeprowazoo baaia oporów przepływu meiów przez mieszalik, a uzyskae wyiki staowiły postawę opraowaia fukji parametryzej w postai rówaia moułowego [5]: Eu 96,78 Re 0,573 0,6 o 0,74 0,696 (3). Śrei błą wzglęy rówaia wyosi = 4,5 %. Opraowae rówaia () i (3) obowiązują la astępująego zakresu zmieośi lizby bezwymiarowyh: Re ; Fr,3 307 ; ( g / g ) 0,8,6 ; ( / ) 4 0 ; (/ o ) 0,5 4,5.

6 PODSUMOWANIE Opraowae rówaia mają harakter projektowy, umożliwiają tehologize i proesowe optymalizowaie pray reaktorów przemysłowyh i urzązeń stosowayh w ohroie śroowiska, zaś przebaay proes rzezywisty, otyząy uzyskiwaia jeoroej mieszaiy gazowej powietrze amoiak jest proesem o istotym zazeiu praktyzym w tehologii proukji kwasu azotowego.,0 0,9 Skutezość proesowa 0,8 0,7 0,6 0, Lizba wkłaek Cob=0,005 Cob=0,0 Cob=0,05 Cob=0,0 Rys.4. Wpływ lizby elemetów mieszająyh a skutezość proesową mieszaia la omialyh wartośi stężeń amoiaku. SPIS OZNACZEŃ * - stężeie rówowagowe [m 3 /m 3 ], - stężeie amoiaku w mieszaiie [m 3 /m 3 ], - śreia rurowego mieszalika statyzego [m], - śreia yszy [m], F - powierzhia przekroju mieszalika [m ], f - powierzhia przekroju yszy wylotowej [m ], g - przyspieszeie ziemskie [m/s ], - prękość masowa [kg/m s],

7 - lizba elemetów mieszająyh, o = -lizba elemetów mieszająyh staowiąyh ukła postawowy, Δp - spaek iśieia [Pa], w - prękość przepływu [m/s], η p η - skutezość proesowa, - yamizy współzyik lepkośi [Pa s], ρ - gęstość [kg/m 3 ], Ieksy - otyzy powietrza, p - pozątkowy - otyzy amoiaku, k - końowy Lizby bezwymiarowe Mo* k F w f - zmoyfikowaa lizba Margulesa [5], Δp Eu - lizba Eulera, w ρ wρ Re = η w Fr = g (η /η ) - mouł lepkośi, - lizba Reyolsa la strumieia amoiaku - lizba Froue a la strumieia amoiaku ( g / g ) - mouł prękośi masowyh, ( / ) - mouł geometryzy. LITERATURA. J. Pikoń, J. Hehlma: Patet UPRP r A. Seleki, L.Graoń: Postawowe proesy przemysłu hemizego, W-wa, WNT, F. Stręk: Mieszaie i mieszaliki, Warszawa, WNT, J. Freyer, A. Tomaszewski: Iż. i Ap. Chem. 5. J. Hehlma: Iż. i Ap. Chem. -3, (99). 9, 6, (976). 6. K. Werer, A. Cybulski: Iż. i Ap. Chem. 3, 4, (98)