Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1

.pdf

Скачиваний:

813

Добавлен:

20.11.2023

Размер:

28.73 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3031 / 5831 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 > Следующая >>>

А = 1	В = 4,7
— 2*3,7 + 25,6 = 33,0 (табл. 6.3)	ц =	1 сП =
МА = 34	=	1 мПа-с
	vB =2*3,7 +
	+ 7,4 = 14,8
	Мв = 18

Подставляем эти значения в формулу (6.22):

4,7*1(14,8|/3 4-33|/3)2

18 + 34 ~ ' ' 93‘10"° М*/С-

Вычисляем температурный коэффициент b по формуле (6.24)!

Ь «= 0,2 V V I V P *= 0,2 ^r/VlOOO = 0,02.

Искомый коэффициент диффузии по формуле (6.23) равняется!

£>« *= 1.93* 10-» II + 0,02 (40 — 20)] = 2,7* 10"» м*/с.

Для сравнения рассчитаем коэффициент диффузии сероводо* рода в воде при 40 °С по формуле (6.25):

7,4- 1Q-'2 (2,6-18)0,5-313	7,4- 10~l2*6,83-313	»2,96-10-» м*/о.
0,656-ЗЗ0*6	0,656-8,15

Здесь 0,656 мПа»с — динамический коэффициент вязкости воды при 40 °С (табл. VI).

Пример 6.7. Определить расход серной кислоты для осушки воздуха при следующих данных. Производительность скруббера 500 м3/ч (считая на сухой воздух при нормальных условиях). Начальное содержание влаги в воздухе 0,016 кг/кг сухого воз духа, конечное содержание 0,006 кг/кг сухого воздуха. Началь ное содержание воды в кислоте 0,6 кг/кг моногидрата, конечное содержание 1,4 кг/кг моногидрата. Осушка воздуха производится

при	атмосферном	давлении.
Р е ш е н и е .		Массовый расход воздуха:
		G =	500-1,293 =	646 кг/ч,
где	1,293 кг/м3 — плотность воздуха при			нормальных		условиях.
По уравнению (6.26)			расход серной кислоты (моногидрата):
		Н„ — Кв	0,016Î- 0,006		=	8,1 кг/ч.
	- = ------ — - = 0 4 6 -----г—:-----j r s ----
		Х „ - Х „	1 .4 - 0 ,6

Пример 6.8. Скруббер для поглощения паров ацетона из воз духа орошается водой в количестве"ЗООО^кг/ч. Средняя темпера тура в скруббере 20 °С. Через скруббер пропускается под атмо сферным давлением смесь воздуха с парами ацетона, содержащая ацетона. Чистого воздуха в этой смеси содержится ОЗОО м3/ч)(считая на нормальные условия). В скруббере улавли

вается 58% ацетона.

Уравнение линии равновесия:

Y* = 1.68Х.

Здесь X и Y* выражены в киломолях ацетона на 1 кмоль второго компо нента, т. е. воды или воздуха.

Найти диа*метр и высоту скруббера, заполненного керамиче скими кольцами размером 25x25x3 мм. Скорость газа принять на 25% меньше скорости захлебывания.

Коэффициент	массопередачи		Ку =	0,4 кмоль ацетонаj ^м2*ч X
кмоль ацетона \	лг , ,		_	л	_
X кмоль воэдухТ ) ‘ Коэффициент			смоченности		насадки принять
равным единице*	Количество	поглощаемого			ацетона:
P е ni е н и е.
л/j _	Ки. гУпс п	1400-0,06-0,98 =			3.9 кмоль/ч,
(1 — Ун) 22,4			0,94-22,4

где си = 0,98 — степень поглощения.

Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх

скруббера,	Х в = 0.							вытекающей		внизу
Конечная концентрация ацетона в воде,								вытекающей		внизу
из скруббера:
		Мв	3,9		„	кмоль ацеона
	11 “	L{Mb ~	3000/18		*	к*>оль Соды			•
Начальная		концентрация ацетона				в воздухе внизу при входе
в скруббер:
		Ун	_ 0,06	— о Q639		кмоль ацетона
		1 — уи	0,94	*		кмоль воздуха
					Конечная			концентрация		аце
				тона в воздухе, выходящем из
				скруббера:
				У- __		ун (1— сп)			0,06-0,02
					в “	1- у н			0.94
					= 0.00К8			кмоль ацетона
								кмоль воздуха
					По этим		точкам		на диаграмме
				Y—X (рис. 6.5) нанесена рабочая
				линия;		ниже		проведена равновес
				ная	линия		по уравнению			Y* =
				,= 1,68Х,
у.	кмоль ацетона		^
* *	кмоль воды		“	Рас.	6.5	(к примеру 6.8).

Находим движущую силу абсорбции в низу скруббера:

д Y Н	кмоль ацетона
	0,0639 — 0,0393 = 0,0246 кмоль воздуха

Значение Y t находим по уравнению равновесной линии для Хв, соответствующего низу скруббера:

Y* с= 1,68ЛН = 1,68*0,0234 = 0,0393 кмоль ацетона кмоль воздуха

Движущая сила		абсорции		на	верху		скруббера:
а» '.-* '.--» ':			0,00128 — 0 =		0,00128		кмоль ацетона
							кмоль воздуха
Средняя движущая сила:
Ау __	АКН — АКВ	__	0,0246 — 0,00128			__ n m		кмоль ацетона
ср~	oof<< AY„	~~	0 0 ,	0,0246 ““			'	кмоль воздуха в
	2’3 ,g		2>3 lg	о№ 2 8
Требуемую поверхность массопередачи						находим по уравнению:
		М		3,9
	F = Ку AYСр			0,4-0,0079		*= 1230 м2.

Объем слоя керамических колец, необходимый для создания

найденной поверхности,	при ф =	1 1см.	уравнение (6.38)]:
V = HHS = F/о = 1230/204 =			6 м3,
где о = 204 MVM3 — удельная	поверхность	насадки	(табл. XVII).
Определим сечение скруббера.

По уравнению (6.36) вычисляем фиктивную скорость газа в то чке инверсии, пренебрегая небольшим содержанием ацетона в жидкости и газе.

Значения входящих в уравнение величин:

т973

L = 3000 кг/ч; рг =		Pü J S - « 1,293 ^	=	1,2 кг/м*;
G =	1400-1,293 == 1810 кг/ч; рж =		1000	кг/м3;
L/G =	3000/1810 =	1,66; рг/рж *= 1,2/1000		0,0012;

рж =	1 мПа-с; VCB = 0,74 м3/ма (табл. XVJI).
Подставляем	эти значения в формулу (6.36):
lg ( * 39	l0’16) = °-022 ~ 1,75-1,66°'25• 0,0012°*126

ИЛИ

откуда wg = 1,56 м/с.

По условию берем рабочую фиктивную скорость газа w на 25% меньше:

w е= 0,75о/а = 0,75-1,56 « 1,17 м/с.

Площадь поперечного сечения скруббера:

Л	С	1810	посо.,2
Л	3600юрг ~	3600-1,17.1,2	’

Отсюда диаметр скруббера:

D » /0,358/0,785 = 0,675 м.

Требуемая высота насадки:

Ин = V/S = 6/0,358 = 16,8 м.

Пример 6.9. Определить коэффициент массопередачи в водяном скруббере при поглощении из газа диоксида углерода по следу ющим данным. В скруббер поступает 5000 м3/ч газовой смеси, счи тая при атмосферном1 давлении и при рабочей температуре. На скруббер подается 650 м3/ч чистой воды. Начальное содержание диоксида углерода в газе 28,4% (об.), конечное (в верху скруб бера) 0,2% (об.). Давление в скруббере /;абс = 16,5 кгс/сма. Температура' 15 °С. В нижнюю часть скруббера загружено 3 т керамических колец 50x50x5 мм. Выше загружено 17 т колец 35x35x4 мм. Коэффициент смоченности считать равным единице.

Р е ш е н и е . Вычислим суммарную поверхность всех колец. Поверхность колец 50x50x5 мм:

.	Gx	3000	87,5 = 495 м2,
/l = "pT°1 = _53Ô-

где Pi = 530 кг/м3 — насыпная плотность насадки из	колец 50X 50X 5 мм: Oi =*
= 87,5 м2/м®— удельная поверхность насадки (табл.	XVII).

Аналогично	вычисляем	поверхность		колец 35x35x4 мм:
	/г —	17000	140 = 4717		м2.
		505
Суммарная	поверхность	всех	колец:
	F = h + /2 «	495 +	4717 = 5212		м2.

Определим количество диоксида углерода, поглощенного водой. Начальное количество диоксида углерода в газе (в низу скруб

бера):

^нсо2 = ^нсм0н = 5000-0,284 =: 1420 м3/ч.

Количество диоксида углерода в выходящем газе (в верху

скруббера):
^всо* — ^всм0в ^нСМ~~ ^HÇQ, тУи	1— 0,002	0,002	7,2 м3/ч.
	5000 — 1420

Поглощается водой:

Уиогл = Увсоя— УвСо2в 1420 - 7.2 = 1412,8 м*/ч (р = 1 кго/см2, или -—-0,1 МПа, и t «s 15° С)

ИЛИ
Опогл-= -	П7 Г° Р« = - T ÿ \|+ i5 3 1 -976 = 2630 кг/4'
т. е. 2630/44 = 60	кмоль/ч.
Здесь 1,976 кг/м3 — плотность С02 при нормальных условиях; 44 кг/кмоль —
мольная масса СО?.	4

Находим движущую силу процесса абсорбции в низу скруб бера.

Парциальное давление диоксида углерода на входе в скруббера

pR = Пуя в 0,284• 1620 =	460 кПа,
где 1620= 16,5*98,1 кПа — общее давление в	скруббере.

Мольная доля С02 в воде, вытекающей из скруббера:

W	“co,		2630/44		0,00166.
Gcoz .	сн2о	2630		650000

Мсо2	^н*о	44	+	18
Коэффициент Генри Е для диоксида при					15 °С равен 0,93 X
X 10® мм рт. ст. (табл. XLI),		или 0,124-10®			кПа; отсюда парци

альное давление диоксида углерода в газе, равновесном с жидко

стью, вытекающей	из скруббера [уравнение (6.2)1:
pj =	Ехв = 0,00166-0,124.10е = 206 кПа.

Движущая сила процесса абсорбции в низу скруббера:

ДрИ= рв — р* = 460 — 206 = 254 кПа.

Определяем движущую силу процесса абсорбции на в.ерху скруббера.

Парциальное давление диоксида углерода в газе, выходящем вверху из скруббера:

рв = Прв =: 1620-0,002 = 3,24 кПа.

Так как вода на орошение скруббера подается чистая, то пар циальное давление диоксида углерода в равновесном с водой газе равно нулю; отсюда движущая сила процесса абсорбции на верху скруббера:

Др„ = рв — р* = 3,24 — 0 = 3,24 кПа.

Средняя движущая сила для всего процесса!

ДРср	254 — 3,24	= 57,4 кПа.
	2,3 Ig (254/3,24)

X.	У*,	X.	У•,
кмоль аммиака	кмоль аммиака	кмоль аммиака	кмоль аммиака	•
ммоль воды	кмоль инертного газа	КТ'ОЛЬ воды	кмоль инертного	ia*a
0	0	0,015	0,0183
0,005	0,0045	0,020	0,0273
0,010	0,0102	0,023	0,0327
0,0125	0,0138

Коэффициент массопередачи:

М _	2630	• кг
ЛЛ/' _ F Дрср ~	5212-57.4	~ U,UUB° м'Сч-кПа '*

Если коэффициент массопередачи отнести к разности давлений Др, выраженной сгмм рт. ст., то получим следующее его значение:

к _______ 2630________		KI
5212(57.4/0,133)	“ ’	м^-ч-мм рт. с т /
Пример 6Л0. В скруббере аммиак поглощается водой из газа
под атмосферным давлением.	Начальное содержание аммиака

в газе О^ищоль/кмоль инертного газа. Степень извлечения равна


90%.	Вода,	выходящая	из	скруббера,	содержит		аммиака
0,02	кмоль/кмоль воды. Путем отвода теплоты					в скруббере под
держивается		постоянная температура.			аммиака в		жидкости
Данные о		равновесных	концентрациях
и газе при температуре поглощения приведены в табл. 6.4.
Определить требуемое число единиц переноса п0у: J) графиче
ски^	построением; 2) методом			графического		интегрирования.
Р е ш е н и е . 1) По данным				табл. 6.4 на рис. 6.6			построена

равновесная линия АВ. На этом же графике нанесена рабочая линия CD. Она проходит через точку С с координатами Х в = 0,

Ув = 0,03 (1 — 0,9) =		0,003	(верх скруббера) и точку D с	ко
ординатами Х в =	0,02,	Ун	= 0,03 (риз скруббера).
Число единиц	переноса		п0у находим следующим путел*.	От

резки ординат между рабочей и равновесной линиями разделены пополам; через середины их проведена вспомогательная пунктир ная линия. Затем, начиная от точки С, построение выполнено та ким образом, что для каждоц ступени ab = 6с. Каждая из полу ченных ступеней представляет собой единицу переноса, т. е. каж дой ступени соответствует такой участок аппарата, на котором из менение рабочей концентрации (К, — Y £) равно средней движущей силе на этом участке (Y — У*)ср.

Всего получено 5,82 ступени (последняя неполная ступень равна отношению отрезков Dci/ef = 0,82):

Идj = 5,82.

Рис. 6.7.	Определение числа единиц переноса методом графического интегрирования
(к примеру	6.10).

Как следует из графика, на нижнем участке кривой равнове сия, где ее наклон меньше наклона рабочей линии, единица пере носа меньше ступени изменения концентрации; на верхнем уча стке равновесной линии, где ее наклон больше наклона рабочей

линии,	наблюдается обратная картина.
2) Для определения числа единиц				переноса		методом		графи
ческого	интегрирования		по данным	табл.	6.4	и	рис.	6.6 со
ставляем табл. 6.5.
По данным		последней таблицы строим график 1/(У — Y *) =
= / (Y) — рис. 6.7. Подсчитываем на этом					графике		отмеченную
штриховкой площадь (например, методом трапеций)							(см. пример
					Т а б л и ц а			6.5
	Л	У	Y*	у —у*			1
	Л	У	Y*	у —у*		У—У*
						У—У*
	0	0,003	0	0,003			333
	0,005	0,0097	0,0045	0,0052			193
	0.010	0,0165	0,0102	0,0063			159
	0,0125	0,0200	0,0138	0,0062			161
	0,015	0,0234	0,0183	0,0051			196
	0,020	0.0300	0,0273	0,0027			371

4.26). Величина этой площади (5,83) дает значение интеграла V„=«.03

f	dY	поу.
I	у — к* » т* е’ число единиц переноса	поу.
у8=о.ооз

Пример 6.11. Определить теоретически минимальный расход жидкого поглотителя с мольной массой 224 кг/кмоль, необходи мый для полного извлечения пропана и бутана из 1000 м8/ч (счи тая при нормальных условиях) газовой смеси. Содержание про пана в газе 15% (об.), бутана 10% (об.). Температура в абсорбере


30 °С, абсолютное	давление 3 кгс/см* (294			кПа). Раствори
мости бутана и пропана в поглотителе			характеризуются законом
Рауля.	Максимальная	концентрация		(мольная доля)
Р е ш е н и е .
пропана в поглотителе, вытекающем			из скруббера (равновесная
с входящим газом), определяется		по	уравнению (6.8):

,Ч — £ - й , - щ - 0 , 15-0,045.

где Рп = 981 кПа (10 юс/см2) — давление насыщенного пара пропана при 30 °С

Количество содержащегося в газовой смеси пропана, которое требуется поглощать:

Gn = VyB/22t4 = 1000-0,15/22,4 = 6,7 кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для поглощения пропана

определяется	из уравнения;
		L	х*	г
			М ИНЛ Г1	г
откуда			6,7-0,955
			6,7-0,955		= 142 кмоль/ч,
			0,045
или 142*224 =	31 800	кг/ч.
Наибольшая возможная концентрация бутана в поглотителе,
вытекающем внизу из		скруббера:
	*	П	294	л	л f1
		Рб	265 °»1 — °»11*

где Рб = 265 кПа (2,7 кгс/см2) — давление насыщенного пара бутана при 30 °С.

Количество поглощаемого бутана:

GQ =■ Vy6l22A = 1000-0,1/22,4 = 4,47 кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для поглощения бутана:

^мин — 0 — *б)/*б = 4,47-0,89/0,11

36,1 кмоль/ч.

Минимальный расход поглотителя для полного поглощения бутана значительно меньше, чем для поглощения пропана, следо

вательно, найденным выше количеством поглотителя (142 кмоль/ч) бутан будет полностью уловлен.

Пример 6.12, Определить коэффициент массоотдачи для газо вой фазы в насадочном абсорбере, в котором производится по глощение диоксида серы из инертного газа (азота) под атмосфер ным давлением. Температура в абсорбере 20 èC, он работает в пле ночном режиме. Скорость газа в абсорбере (фиктивная) 0,35 м/с. Абсорбер заполнен кусками кокса (о = 42 м2/м8, VCB — 0,58 м3/м8).

Р е ш е н и е .	По	уравнению (6.45):
	Nu; =		0,407 ReJ’655 (Pi*;)0’33,
где
Rer			4.0,35.1,16	=2210;
Rer		орг	~ 420,0175 10“3	=2210;
по 973		орг	~ 420,0175 10“3
по 973	=	‘>16 кг/м8; рг = 0,175J0'8 Па-с (рис. VI).
рг = 2^47293	=	‘>16 кг/м8; рг = 0,175J0'8 Па-с (рис. VI).

Коэффициент диффузии D, принимаем такой же, как в воздухе. Имеем:

Dr == 10,3.10—6 (293/273)1,5 ==11,45* Ю- 6 м^с (табл. XLII);

Рг:	рг	0,0175-IQ'8	1,32.
	Рг©г	1,16-11,45-10'®

Диффузионный критерий Нуссельта:

Nu' » P/g/Dp = 0.407-22100-655.1.320*33 = 69.

Эквивалентный диаметр:

dÿ s 4VÇB/O — 4*0,58/42 — 0,055 м*

Коэффициент массоотдачи:

Рг = Nu'Dr/da = 69* 11,45* 10~6/0,055 = 144* 10-" м/с.

Пример 6.13. Из критериального уравнения (6.45) вывести расчетную формулу для определения высоты единицы переноса

по	газовой	фазе.	уравнения			(6.12)
	Р е ш е н и е . Из		уравнения			(6.12)
				1	1	m
				к»	в Т Г + "ьГ ’
в	котором	Кь> Р„,	и	Pi	выражены		в кмоль/(м*-с), получаем
		G			G	mG		L
		K uS a		=	p„So	+ ~ L	p*So
или в соответсгвии			с	уравнением (6.43)				при ф = 1
				huy •=■% -+		mG	,
				huy •=■% -+		L	Л*.

Здесь Gи L — мольные расходы газа и жидкости, кмоль/с; S — поперечное сечение абсорбера, ма; о — удельная поверхность насадки, м2/м8; hy = G/(py«So) — высота единицы переноса для газовой фазы, м; hx = /7(рх5о) —тоже для жидкой

В критериальном уравнении						(6.45)
			Nu; =	0,407 Re?’65 (Р ^ )0-33,
где Nu* =*	Ог	коэффициент массоотдачи рг выражен в — КМ<^Л- -----= м/с*
	Ог							4	кмолъ
								М2 -С ------—
									м3
Соотношение между				и рр		находим из уравнения:
				Ру Ау *= Рг АСу,
откуда
			Pi/ = Рг	«	Рг	(см. табл. 6.2).
						/W CM
Тогда						о/
		/ly — Pf,«Su		ptpr50		о/	и рг	Лг/°
где о/ = GMC		/ly — Pf,«Su		ptpr50		Рго	и рг	Лг/°
где о/ = GMC		■фиктивная скорость,				м/с.
	Pr«S
Подставляя найденное значение рг в выражение									для диффузи
онного критерия Нуссельта,					получаем:
	Nu.		wd Ргрг			Рг	d, __	РегРгг**э
			/l^oDrprpr		Opi	Drf>r	^lt/	4Л,
и из уравнения			(6.45):

^ = 0,615daR e?^(P r;)0'67.

Пример 6.14. В скруббере с насадкой из керамических колец 50x50x5 мм (навалом) производится поглощение диоксида уг лерода водой из газа под давлением рапс = 16 кгс/см2 (1,57 МПа) при температуре 22 °С. Средняя мольная масса 20,3 кг/кмоль, динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях 1,31 -10“6 Па-с, коэффициент диффузии С02 в инертной части газа 1,7-10“6 м2/с. Средняя фиктивная скорость газа в скруббере 0,041 м/с, плотность орошения (фиктивная скорость жидкости)* 0,064 м8/(м2-с). Определить общую высоту единицы переноса /z0t, принимая коэффициент смоченности насадки ф равным единице.

Р е ш е н и е . Общая высота единицы переноса		(см. предыду
щий пример):
—hy H	hx-
Находим hy — высоту единицы	переноса для	газовой фазы:

hy = 0,61Ô^Re?'345 (Рг;)0*67.

<<< < Предыдущая 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3031 / 5831 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги