Способ определения площади контакта жидкости со струей газа Советский патент 1989 года по МПК G01N33/00 

ел

00 00

ю

Изобретение относится к определению физических свойств двухфазных систем, а именно к определению площади контакта жидкости со струей га- за, которое, в частности, необходимо при математическом моделировании динамики сталеплавильных процессов, основанных на продувке жидкого металла, струей газа.

Цель изобретения - повышение точности.

Способ осуществляется следующим образом.

Инертный газ на продувку по- дают в смеси с газом, абсорбируемым жидкостью, изменяют состав газовой смеси и фиксируют изменение температуры жидкости для каждого состава, устанавливают зависимость изменения температуры жидкости от парциального давления абсорбируемого газа в смеси и по ней определяют парциальное давление абсорбируемого газа, не приводящее к изменению температу- ры жидкости, по величине которого определяют площадь контакта фаз по формуле j.

Jia ( 1 1 J « и-К-Т 1н ;-Р 1- а)()-р5

где S - площадь контакта жидкость- газ , м ; q - объемная скорость смеси га-

зов, м /с; kj, - константа скорости абсорбции

моль/м с,Па; k - константа скорости испарения

моль/м. с -Па;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/моль-К; Т, - температура смеси газов. К; н - относительная влажность исходной смеси газов, %; PJ - парциальное давление абсорбируемого газа в смеси газов для , Па; лНц .- изменение энтальпии жидкости

при испарении 1 моль; Дж/моль ЛНд - изменение энтальпии при абсорбции 1 моль газа жидкостью Дж/моль; Р - давление насыщенного пара

жидкости,

Хд - мольная доля абсорбента в жидкости.

Продувка жидкости смесью нейтрального к жидкости и абсорбируемого жидкостью газов сопровождается двумя параллельно идущими гетерогенными- процессами на поверхности контакта жид- KocTb-ra3j процессом испарения жидкости с эндотермическим эффектом и аб- сорбционно-химическим актом взаимодействия газа с жидкостью с выделением тепла. Поскольку grad Т у поверхности вызывается тепловыделением или теплопоглощением, то при достижении равенства скоростей выделения тепла при реакции хемосорбции и поглощения тепла при испарений суммарный тепловой эффект и соответственно градиент температуры равны нулю. В этих условиях уравнение теплового баланса, выраженное через скорости процессов абсорбции и испарения, имеет вид

V.

Wa luH,| Wh luHj, (2) где Wg и W, - соответственно скорости процесса абсорбции и испарения, моль/с;

ЬНц и йН - молярные тепловые эффекты этих процессов, Дж/моль.

Поскольку кинетические уравнения испарения и абсорбции описьшаются выражениями 1 1

. RT,

Wr n S-p q.P(

(3)

RTj, . . .

ЫЬ Ч-Рп.Р

% а Ч z

то равенство (2) выполняется только при строго фиксированном значении парциального давления абсорбируемого газа Р в смеси, продуваемой с объемной скоростью q Величина Р определяется экспериментально следующим образом: продувают жидкость смесями инертного и абсорбируемого жидкостью газов различного количественного состава, фиксируют изменение температуры жидкости для каждого состава газовой смеси, устанавливают зависимость изменения температуры жидкости от парциального давления абсорбируемого газа в смеси. Эту зависимость отражают графически. По графику определяют парциальное давление абсорбируемого газа в продувочной смеси, не приводящее к изменению температуры жидкости, т.е. для условий, обеспечивающих равенства нулю суммарного теплового эффекта и градигаза СО и инертного газа, и жидкости Аг ,33-1U м /с с парциальным давлением 0,12.10 Па, опре 1453327

ента температур. Процессы испарениягидроксида калия КОН с концентрацией

и абсорбции при этом протекают при14%. При площади невоэмущенной пофиксированной температуре, которую оп-верхности 5 3,85 и объемной

ределяют термометром в объеме жидкости, скорости несущего газа, представляючто правомерно, так как grad Т 0щего смесь абсорбируемого жидкостью

. В этих условиях кинетические уравнения процессов испарения и абсорбции (3), (4) и уравнение теплового баланса (2) позволяют опреде- юделенным экспериментально путем пролить площадь контакта жидкости содувки смесью с различным содержанием струей газа по формуле (4).до достижения grad и К,

Однако кинетические константы k., уточняют кинетические константы ис- 1 и Кд, входящие в этом уравнение и парения и абсорбции. Они соответстизвестные из литературных данных, со- 15венно равны

держат ошибки, связанные с возникно-5292i

вением grad Т при раздельном проведе- , т / г п

НИИ процессов абсорбции и испарения. n/3-e моль/с-м -Па

Уточнение kg и k проводится экспери- 6±ILIi

ментально путем продувки смесью газов 20 kj,71,12-e моль/с м Па.

с различным содержанием абсорбируемо- Затем проводят в режиме разбрызгиго газа, добиваясь постепенно устра-вания жидкости со значительньм увелинения grad Т за счет изменения соотно-чением поверхности контакта фаз S при

щения между эндо- и экзотермическимиобъемной скорости газа ,3310 м /с

эффектами. Продувку проводят смесью 25серию продувок смесью газов с различгазов с объемной скоростью q без воз-нь1м содержанием СОj. При этом опремущения поверхности контакта жидкость -деляют с помощью термомента Бекмана

газ (). Используя при соответст- .изменение температуры в объеме жидвующей объемной скорости газа q вели-кости. Построили график зависимости

чину парциального давления абсор.би- изменения температуры и Т от парциаль„, „„ г,„„ тэ ,„,„,„г,„„«ного давления СО

руемого газа Р, обеспечивающую устранение градиента температур (grad ), и уточненные значения кинетических констант испарения и абсорбции, по формуле (1) рассчитывают площадь контакта жидкость - газ, которую непосредственно измерить не удается.

При экспериментальном определении площади контакта жидкость - газ в термостат помещают сосуд с раствором

. 35

40

в смеси, по которому определяют давление 0,24 10 Па, обеспечивающее устранение градиента температур.

Расчет по формуле (1) при ДН„

-44000-35-; р о,24. моль г

дНд 449650 Дж/моль; Р 1,636

10. е Па; 0,55;х,„„ 4,97

К; К, дает

44

газа СО и инертного газа, и жидкости Аг ,33-1U м /с с парциальным давлением 0,12.10 Па, опрещего смесь абсорбируемого жидкостью

деленным экспериментально путем продувки смесью с различным содержанием до достижения grad и К,

ного давления СО

35

0

в смеси, по которому определяют давление 0,24 10 Па, обеспечивающее устранение градиента температур.

Расчет по формуле (1) при ДН„

-44000-35-; р о,24. моль г

дНд 449650 Дж/моль; Р 1,636

10. е Па; 0,55;х,„„ 4,97

К; К, дает

44

Изобретение касается определения физических свойств двухфазных систем, а именно к определению площади контакта жидкости со струей газа, которое, в частности, необходимо при математическом моделировании динамики сталеплавильных процессов, основанных на продувке жидкого металла струей газа. Цель изобретения - повышение точности. Для определения площади контакта жидкости со струей газа продувают жидкость смесями нейтрального к, жидкости и абсорбируемого жидкостью газов. Фиксируют изменение температуры жидкости в ходе продувки для каждого состава газовой смеси, устанавливают зависимость изменения температуры жидкости от парциального давления абсорбируемого газа в смеси. Эту зависимость отражают графически. Определяют парциальное давление абсорбируемого газа в|продувочной смеси, не приводящее к изменению температуры жидкости, и определяют площадь контакта жидкости со струей газа по формуле. При этом обеспечивается уст- ранение градиента температур, за счет чего повышается точность определения площади контакта двух фаз. (Л

1,33.10-П1-0.55)о,24-10. 1.32-to- - ||§|§5-3,17-10 (t-4,97.,-t8-tCr 1.32. 2,18.lO- .8.314.298 ||5fg-3,17.10Ml-4,97.10-(1-0,55)-0,24-1Cl

Данный способ определения площади

контакта жидкость - газ полностью 50

устраняет влияние градиента температуры на величину параметров, которые используются для определения площади контакта жидкость - газ, что повьшает .точность способа. При продувке одним

55

инертньм газом температура Т поверхности контакта жидкость - газотличается от температуры объема 3- 4 градуса.

0

5

-Поскольку температуру поверхности жидкости непосредственно измерить рельзя, используют значение температуры жидкости в объеме. Это приводит к ошибке в определении величин, используемых для определения площади контакта фаз, что приводит к систематически заниженным результатам. I

Ошибка в определении площади контакта составляет 35-40%. Изобретение обеспечивает равенство температур по-

верхности и объема Ту,Т, и за счет этого более точное определение площади контакта двух фаз.

Способ может быть использован для определения зависимости площади контакта жидкого чугуна со струей кислорода в конвертерной ванне от таких параметров продувки (управляющих воздействий) , как объемная скорость истечения кислорода и высота пр одувоч- ной фурмы над уровнем свободной поверхности жидкого чугуна. Эта зависимость может быть введена в математическую модель процесса рафинирован- ния чугуна в кислородном конвертере и применена для оптимизации режима продувки в конвертерах. Целенаправленное изменение величины поверхности контакта фаз через управляющие воздействия позволяет менять скорости массообменных процессов между металлом, шлаком и газом по заданной программе. Внедрение в производство- рациональных дутьевых режимов, определенных с помощью предлагаемого способа, приводит к снижению потерь железа с технологическими выбросами и угаром и увеличению степени де- сульфурации степени дефосфора- ции .

Формула изобретения

Способ определения площади контакта жидкости со струей газа, включающий продувку жидкости струей инертного к.жидкости газа, измерение в процессе продувки температуры жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, инертный

газ на продувку подают в смеси с газом, абсорбируемым жидкостью, изменяют состав газовой смеси и фиксируют изменение температуры жидкости для каждого состава, устанавливают парциальное давление абсорбируемого газа, при котором температура жидкости не изменяется, и по его величине определяют площадь контакта фаз по формулеАН -1

s- --I---t--- -

)(г-еи)-ч.

где S - площадь контакта жидкость газ, q объемная скорость смеси

газов, м/с;

0

5

0

5

0

kg - константа скорости абсорбции, моль/м.

k - константа скорости испарения, моль/м .с .Па;

универсальная газовая постоянная, Дж/моль К; температура смеси газов. К; относительная влажность исходной смеси газов, %; парциальное давление абсорбируемого газа в смеси для , Па;

изменение энтальпии жидкости при испарении 1 моль, Дж/ /моль;

изменение энтальпии при абсорбции, моль газа жидкостью, Дж/моль; давление насыщенного пара жидкости, д - мольная доля абсорбента в жидкости.

R - Т t-и

йн; - йн„ 1