1.3Розрахункова частина

1.3.1Обробка експериментальних даних з рівноваги адсорбції в середовищі Excel

Вихідні дані для статичних умов

Очищення газу від сірководню відбувається на адсорбенті оксид цинку при тиску 3,5 МПа і температурі 380^оС. Змодельовані в статичних умовах наступні залежності адсорбованого сірководню q (г/100 г адсорбенту) від його концентрації в газі с (мг/м³):

c, мг/м3	0	8	16	24	32	40	48	56	64	72	80
q, г/100г	0	6,48	10,29	12,8	14,58	15,91	16,94	17,75	18,42	18,98	19,44

Максимальна концентрація сірководню у газі, мг/м³, с_макс=80.

Адсорбційна ємність оксиду цинку, г/100 г адсорбенту, q_макс=19,44.

Вихідні дані для динамічних умов процесу

Лінійна швидкість газу при робочих умовах: w=360 м/год.

Висота шару адсорбенту L=4,8 м.

Час роботи адсорберу у міжрегенераційний період τр=7200 год.

Концентрація сірководню у вихідному газі, мг/м³, с_вих=50.

Порозність адсорбенту p=0,5.

Насипна щільність адсорбенту, т/м³ ρ_н=1,3.

Алгоритм розрахунку

1. Ввести вихідні дані з таблиці в 2 стовпчика.

2. Побудувати діаграму 1 (точкова тут і далі) за наведеними даними: q=f(c).

3. Перерахувати в наступні 2 стовпчики вихідні дані у безрозмірні відносні значення: С=с/с₀=с/с_макс; Q=q/q₀=q/q_макс. Всі обчислення виконуються в стовпчиках з використанням авто заповнення («протягування»).

4. Побудувати діаграму 2 за розрахованими даними: Q=f(С) (ряд 1).

5. Рівняння Ленгмюра (13) може бути представлено у вигляді (довести це): . Підготувати відповідну таблицю і побудувати діаграму 3: -1=f( ). Додати лінію тренда, показати лінійне рівняння на діаграмі (y=ax+b).

Відмітимо, що коефіцієнт b не дорівнює 0. Це пояснюється математичною неможливістю використати точку таблиці з координатами 0,0 для визначення k. Отже k=1/а. Розрахувати за рівнянням Ленгмюра (13) Q_розр=f(С) і нанести криву на діаграму 2 (ряд 2).

6. Рівняння обмінної адсорбції (13а) може бути представлено у вигляді (довести це): . Підготувати відповідну таблицю і побудувати діаграму 3: =f( ). Додати лінію тренда, показати лінійне рівняння на діаграмі (y=ax+b). Звернути увагу на значення коефіцієнта b. Розрахувати k=1/а та Qрозр=f(С) за рівнянням (13а) і нанести криву на діаграму 2 (ряд 3). Оцінити якість апроксимації в порівнянні з іншими рядами.

7. Розрахувати розподільче співвідношення Rat.

Розподільче співвідношення: є безрозмірним, тому необхідно привести с_вих і q_макс до формально однакової розмірності кг/м³: с_о= с_вих·10^-6; q₀= q_макс·10∙ρ_н, після чого розрахувати Rat.

8. Розрахувати (автозаповнення) значення хвильової швидкості Vwave(C) за рівнянням (18а) (константа рівноваги дорівнює значенню k, розрахованому в пункті 7):

з використанням значень С за пунктом 3. Рекомендується розрахунок провести в кілька стовпчиків з розбивкою рівняння на кілька складових. Побудувати діаграму 3 залежності Vwave(С)=f(С).

9. Створити стовпчик відносної висоти шару адсорбенту Z від 0 до 1 з кроком 0,1.

10. Розрахувати С=f(Z) (авто заповнення) – початковий розподіл відносних концентрацій вздовж адсорбера за рівнянням (21): де К задається від 5 до 10 – значення К погодити з викладачем.

11. Розрахувати (автозаповнення) значення хвильової швидкості Vwave(Z) за рівнянням (18а) (константа рівноваги дорівнює значенню k, розрахованому в пункті 7):

,

з використанням значень С за пунктом 11. Рекомендується розрахунок провести в кілька стовпчиків з розбивкою рівняння (18а) на кілька складових. Побудувати діаграму 4

Vwave(Z )=f(Z).

12. Розв’язати хвильове рівняння методом характеристик (створити опис просторово-часового розподілу концентрації в адсорбері).

Незалежна змінна – час роботи адсорберу в безрозмірній формі

t= τр w/L.

Згідно цієї формули і вихідних даних tmin:=0; tmax = 7200∙360/4,8 = 540000

Для моментів часу t₀ = 0; t₁ =270000; t₂ =540000 у три стовпчика розрахувати (автозаповнення) рівняння характеристики (19):

Z_t = Z + t∙Vwave(Z,k),

при цьому значення Z використати за пунктом 10.

13. Побудувати діаграму залежності концентрацій вздовж осі адсорберу С=f(Z) від Zt₀, Zt₁, Zt₂ (три ряди). Цифри 0, 1, 2 відповідають моментам безрозмірного часу t₀, t₁ t₂. Значення С для трьох рядів діаграми використати за пунктом 11.

Індивідуальна самостійна робота

1. Згідно вище наведеного алгоритму виконати наступне завдання.

Очищення газу від сірководню відбувається на адсорбенті оксид цинку при тиску 3 МПа і температурі 350^оС. Змодельовані в статичних умовах наступні залежності адсорбованого сірководню q (г/100 г адсорбенту) від його концентрації в газі с (мг/м³):

c, мг/м3	0	8	16	24	32	40	48	56	64	72	80
q, г/100 г	0	4,17	7,14	9,38	11,11	12,5	13,64	14,58	15,38	16,07	16,67

Максимальна концентрація сірководню у газі, мг/м³, с_макс=80.

Адсорбційна ємність оксиду цинку, г/100 г адсорбенту, q_макс=16,67.

Концентрація сірководню у вихідному газі, мг/м³, с_вих=40.

Всі інші згідно основного завдання.

Порівняти отримані результати з основним розрахунком і зробити висновки.

2) Згідно вище наведеного алгоритму, починаючи з п.4, виконати наступне завдання.

Очищення газу від сірководню відбувається на адсорбенті оксид цинку при тиску 3 МПа і температурі 250^оС. Змодельовані в статичних умовах наступні залежності адсорбованого сірководню Q (відносна концентрація, частки) від його відносної концентрації в газі C (частки):

C	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Q	0,111	0,176	0,25	0,333	0,429	0,538	0,667	0,818	1

Концентрація сірководню у газі, мг/м³, с_вих=30.

Адсорбційна ємність оксиду цинку, г/100 г адсорбенту, q_макс=15.

Всі інші згідно основного завдання.

Порівняти отримані результати з основним розрахунком і зробити висновки.