11
Расчет адсорбера периодического действия для улавливания паров толуола из воздуха
Решение. Ординаты и абсциссы точек изотермы толуола вычисляются по формулам (1) и (2):
(1)
(2)
где a1* и a2* - концентрации адсорбированных бензола и толуола, кг/кг;
V1 и V2 - молярные объемы бензола и толуола в жидком состоянии, м3;
p1 и p2 - парциальное давление паров бензола и толуола, мм рт. ст;
pS-1 и pS-2 - давление насыщенных паров бензола и толуола при 20°С, мм рт. ст.;
T1 и Т2 - абсолютная температура бензола и толуола при адсорбции (в данном случае Т1 -- Т2 = 293° К);
? - коэффициент аффинности.
Молярный объем бензола:
м3/кмоль.
Молярный объем толуола:
м3/кмоль.
Коэффициент аффинности:
.
На изотерме бензола берем ряд точек
Первая точка: a1* = 0,25 кг/кг; p1 = 8 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Вторая точка: a1* = 0,30 кг/кг; p1 = 57 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Третья точка: a1* = 0,15 кг/кг; p1 = 1 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Четвертая точка: a1* = 0,28 кг/кг; p1 = 20 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Пятая точка: a1* = 0,20 кг/кг; p1 = 2,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Шестая точка: a1* = 0,26 кг/кг; p1 = 10 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Седьмая точка: a1* = 0,22 кг/кг; p1 = 3,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.
Таблица 1
|
|
Изотерма бензола
|
Изотерма толуола
|
|
|
a1*, кг/кг
|
p1, мм рт. ст
|
a2*, кг/кг
|
p2, 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
|
|
|
По найденным точкам строим изотерму толуола для 20 ?С.
Определим с помощью изотермы статическую активность угля по толуолу при концентрации паро-воздушной смеси
Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, соответствующее по формуле (3):
(3)
По диаграмме абсциссе p0 = 1,4 мм рт. ст. соответствует ордината a0* = 0,248 кг/кг.
Количество активного угля на одну загрузку составляет:
Диаметр адсорбера вычисляется из равенства:
откуда
Так как на изотерме точка, соответствующая исходной концентрации паро-воздушной смеси находится в первой (прямолинейной) области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4):
(4)
где
скорость газового потока;
H = 0,75 - высота слоя угля;
b - функция, определяемая по табл. 8-3 (стр. 448, [1]) для
значение b = 1,84;
?у - коэффициент массопередачи, который вычисляется по формуле (5):
(5)
Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. Так как по рис. VI (стр. 607, [1]) ? = 0,018 · 10-3 н · сек/м2, то
м2/сек.
Тогда:
Диаметр частицы угля dз = 0,004 м, и значит
Скорость следовательно:
Коэффициент диффузии при 0 ?С для системы толуол - воздух:
м2/ч = 0,197 · 10-4 м/сек.
Для температуры 20 ?С коэффициент диффузии вычисляется по формуле:
м2/сек.
После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:
сек -1.
Определяем продолжительность процесса:
? = 622 = 3844 сек = 64 мин = 1,07 ч.
Определим количество паро-воздушной смеси, проходящей через адсорбер за 64 мин:
м3.
По данным на проектирование, за один период через адсорбер должно пройти 2200 м3. Следовательно, диаметр адсорбера следует увеличить:
Необходимо также увеличить количество активированного угля на одну загрузку:
кг.
Список используемой литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие. 6-е изд., доп. и перераб. Л.: Химия, 1964. 634 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского 2-ое изд. доп. и перераб.- М/Химия. 1991 г.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник, 9-е изд. доп. и перераб. - М.:Химия, 1978. 783 с.
4. Кузнецов А.А. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. - М.:Химия, 1983. - 233 с.
5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Государственное изд-во физико-математической литературы «Физматгиз». 1963. 708 с. с ил.
|
