(5)计算传热面积和安全系数 按传热方程计算的传热面积为
实际传热面积为
,则安全系数为
因为此值在1.1~1.5围,所以换热器选择合适。
3.2 萃取塔物料衡算以及设备工艺计算
3.2.1 设计条件
用萃取剂LIX984N萃取废水中铜离子的转盘萃取塔,已知条件如下: 原料混合液流量
Cu2?在水中的初始浓度Cu2?在水中的最终浓度Cu2?在萃取剂中的初始浓度
(即
; ;
);
;
萃取塔中的温度为当浓度单位以
3.2.2 设计计算
(1)萃取剂用量
;
表示时,本设计中相间平衡关系可用公式
,其中
。
由于Cu2?的浓度很低,萃取过程中相密度的变化可以忽略。因此,所需Cu2?的提取率为
由相间平衡式和物料衡算可得萃取剂的最小用量:
取萃取剂流量为料混合液流量大1.6倍。
Cu2?在LIX984N中的最终浓度为
,即,约为最小用量的4.4倍,比初始原
(2)平均液滴尺寸
因为LIX984N的用量较大,故用它做分散相。由于Cu2?浓度低,计算所需各相的有关参数时,相应的取25℃的水和LIX984N的性质,即: 水:LIX984N:
,
,
,
,,
; 。
转盘萃取塔部装置尺寸取下列关系:
式中的
取
分别为塔径、转盘直径和固定环径;h为每段高度。 , 且假定段数N为20,则平均液滴尺寸d为:
(3)液泛时各相的总空塔速度
液泛时各相的总空塔速度为
式中,
——液泛时的滞液率。
当分散相与连续相的体积流量比时,其滞液率为
uT——液滴的特性速度,且
,其中
u0为LIX984N液滴在水中的自由沉降速度。对大液滴沉降速度的计算可利用下列经验关联
式:
如果 如果 式中
为相间力。 依次代入数据可求得:
,则,则
; ; ;
则 , 所以
,故液滴物性速度
液泛时的总空塔速度
3.2.3 塔径与部装置尺寸
最小可能塔径为
圆整塔径
,则总空塔速度为
因为,则塔的各空塔速度为
各相的总速度约为液泛时各相总速度的87.5%。
萃取塔部装置的主要尺寸为
转自的转速为
3.2.4 相接触比表面积
滞液率可由下式求得:
将空塔速度和特性速度代入上式可得
解此方程可得滞液率
相的接解比表面积为
3.2.5 萃取塔塔高
连续相的纵向混合系数为
即
分散相的纵向混合系数为
即
塔中液滴的相对速度和雷诺准数分别为
又因为
所以
因为
在计算液滴尺寸时,萃取塔的段数取20,因此作为萃取塔高度的第一次逼近值取
,计算分传质系数。
Schimidt数为 因为Sherwood数为
故