Розрахунок адсорбера періодичної дії для уловлювання парів толуолу з повітря
Рішення. Ординати і абсциси точок ізотерми толуолу обчислюються за формулами (1) і (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:
Молярний об'єм толуолу:
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:
Шоста точка: a 1 * = 0,26 кг / кг; p 1 = 10 мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Сьома точка: a 1 * = 0,22 кг / кг; p 1 = 3,5 мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Обчисливши ординати і абсциси всіх точок, отримані дані, зводимо в табл. 1.
Таблиця 1
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 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
де
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):
Знаходимо кінематичний коефіцієнт в'язкості повітря. Так як за рис. VI (стор. 607, [1]) μ = 0,018 · 10 -3 н · сек / м 2, то
Тоді:
Діаметр частки вугілля d з = 0,004 м, і значить
Швидкість
Коефіцієнт дифузії при 0 º С для системи толуол - повітря:
Для температури 20 º С коефіцієнт дифузії обчислюється за формулою:
Після підстановки одержимо об'ємний коефіцієнт массопередачи:
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:
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:
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.
Рішення. Ординати і абсциси точок ізотерми толуолу обчислюються за формулами (1) і (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:
Молярний об'єм толуолу:
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:
Шоста точка: a 1 * = 0,26 кг / кг; p 1 = 10 мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
Сьома точка: a 1 * = 0,22 кг / кг; p 1 = 3,5 мм рт. ст. Обчислимо координати потрібної точки на ізотермі толуолу:
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 |
Визначимо за допомогою ізотерми статичну активність вугілля за толуолу при концентрації паро-повітряної суміші
Попередньо необхідно розрахувати парціальний тиск, що відповідає
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
де
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):
Знаходимо кінематичний коефіцієнт в'язкості повітря. Так як за рис. VI (стор. 607, [1]) μ = 0,018 · 10 -3 н · сек / м 2, то
Тоді:
Діаметр частки вугілля d з = 0,004 м, і значить
Швидкість
Коефіцієнт дифузії при 0 º С для системи толуол - повітря:
Для температури 20 º С коефіцієнт дифузії обчислюється за формулою:
Після підстановки одержимо об'ємний коефіцієнт массопередачи:
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:
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:
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.