Розрахунок адсорбера періодичної дії для уловлювання парів толуолу з повітря Рішення. Ординати і абсциси точок ізотерми толуолу обчислюються за формулами (1) і (2):
(1)
(2)
де
a 1 * і
a 2 * - концентрації адсорбованих бензолу і толуолу,
кг / кг; V
1 і V
2 - молярні об'єми бензолу і толуолу в рідкому стані,
м 3; p 1 і
p 2 - парціальний тиск пари бензолу і толуолу,
мм рт. ст; p S -1 і p S -2 - тиск насичених парів бензолу і толуолу при 20 ° С,
мм рт. ст.; T
1 і Т
2 - абсолютна температура бензолу і толуолу при адсорбції (в даному випадку
Т 1 - Т 2 = 293 ° К);
β - коефіцієнт афінності.
Молярний об'єм бензолу:
м 3 / кмоль. Молярний об'єм толуолу:
м 3 / кмоль. Коефіцієнт афінності:
.
На ізотермі бензолу беремо ряд точок
Перша точка: a 1 * = 0,25
кг / кг; p 1 = 8
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Друга точка: a 1 * = 0,30
кг / кг; p 1 = 57
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Третя точка: a 1 * = 0,15
кг / кг; p 1 =
1 мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Четверта точка: a 1 * = 0,28
кг / кг; p 1 = 20
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
П'ята точка: a 1 * = 0,20
кг / кг; p 1 = 2,5
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
звідки
Шоста точка: a 1 * = 0,26
кг / кг; p 1 = 10
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
звідки
Сьома точка: a 1 * = 0,22
кг / кг; p 1 = 3,5
мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
звідки
Обчисливши ординати і абсциси всіх точок, отримані дані, зводимо в табл. 1.
Таблиця 1
Ізотерма бензолу
| Ізотерма толуолу
|
a 1 *, кг / кг
| p 1, мм рт. ст
| a 2 *, кг / кг
| p 2, мм рт. ст
|
0,15 0,20 0,22 0,25 0,26 0,28 0,30
| 1 2,5 3,5 8 10 20 57
| 0,15 0,20 0,22 0,25 0,26 0,28 0,30
| 0,12 0,37 0,55 1,48 1,94 4,46 15,65
|
За знайденими точкам будуємо ізотерму толуолу для 20 º С.
Визначимо за допомогою ізотерми статичну активність вугілля за толуолу при концентрації паро-повітряної суміші
Попередньо необхідно розрахувати парціальний тиск, що
відповідає за формулою (3):
(3)
За діаграмою абсциссе
p 0 = 1,4
мм рт. ст. відповідає ордината
a 0 * = 0,248
кг / кг. Кількість активного вугілля на одне завантаження становить:
Діаметр адсорбера обчислюється з рівності:
звідки
Так як на ізотермі точка,
відповідна вихідної концентрації паро-повітряної суміші
знаходиться в першій (прямолінійної) області, то тривалість
процесу обчислюється за формулою (4):
(4)
де
швидкість газового потоку;
H = 0,75 - висота шару вугілля;
b -
функція, яка визначається за табл. 8-3 (стор. 448, [1]) для
значення b = 1,84;
β у - коефіцієнт массопередачи, який обчислюється за формулою (5):
(5)
Знаходимо
кінематичний коефіцієнт в'язкості повітря. Так як за рис. VI (стор. 607, [1]) μ = 0,018 · 10
-3 н · сек / м 2, то
м 2 / сек. Тоді:
Діаметр частки вугілля
d з = 0,004
м, і значить
Швидкість
отже:
Коефіцієнт дифузії при 0 º С для системи толуол - повітря:
м 2 / год = 0,197 · 10
-4 м / сек. Для температури 20 º С коефіцієнт дифузії обчислюється за формулою:
м 2 / сек. Після підстановки одержимо об'ємний коефіцієнт массопередачи:
сек -1. Визначаємо тривалість процесу:
τ = 62
2 = 3844
сек = 64
хв = 1,07
год. Визначимо кількість паро-повітряної суміші, що проходить через адсорбер за 64
хв: м 3. За даними на проектування, за один період через адсорбер повинно пройти 2200
м 3. Отже, діаметр адсорбера слід збільшити:
Необхідно також збільшити кількість активованого вугілля на одне завантаження:
кг.
Список використаної літератури 1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом
процесів і апаратів хімічної технології: Учеб. посібник. 6-е вид., Доп. і перераб. Л.:
Хімія, 1964. 634 с.
2. Основні
процеси та апарати хімічної технології. Посібник з проектування / За ред. Ю.І. Дитнерского 2-ое вид. доп. і перераб .- М / Хімія. 1991
3. Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології:
Підручник, 9-е изд. доп. і перераб. - М.: Хімія, 1978. 783 с.
4. Кузнєцов А.А.
Розрахунки основних процесів і апаратів переробки
вуглеводневих газів. - М.: Хімія, 1983. - 233 с.
5. Варгафтік Н.Б.
Довідник по теплофізичних властивостях газів і рідин. - М.:
Державне вид-во фізико-математичної літератури «Физматгиз». 1963. 708 с. з іл.