2-kr4
.pdf
Раздел 4
Задача №1
Вычислить необходимую высоту насадочного абсорбера для поглощения паров метанола из потока воздуха водой. Диаметр абсорбера D,м, удельная поверхность
используемой насадки σ 140 м2 м3 . Температура процесса t=20 ºС. Расход воздуха
V=1500 м3/ч при нормальных условиях. Концентрации метанола в воздухе на входе и выходе из абсорбера составляют
Yн 0,065кмоль метанола кмоль воздуха |
и Yв 0,005кмоль метанола кмоль воздуха . |
Содержание метанола в подаваемой на слой насадки воде равно Насадка смачивается водой на ψ=0,8. Коэффициент избытка теоретически минимальным расходом составляет
нулю (Хн=0). воды над её Коэффициент
массопередачи |
метанола |
от |
воздуха |
к |
воде |
||||
Ky 3.1кмоль метанола |
м |
2 |
с |
кмоль метанола |
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
кмоль воздуха |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Линейная равновесная |
зависимость |
имеет |
вид Y * Х 1, 25 Х в |
мольных |
долях |
||||
метанола в воздухе и в воде.
Решение
Так как концентрации метанола в воздухе, равновесное соотношение и коэффициент массопередачи даны в мольных количествах, пересчитаем расход газа в мольные величины. Объём одного киломоля при 20 ºС:
V 22.4 (273 t) ,
t |
273 |
|
где 22,4 кмоль/м3 – объем одного киломоля газа или пара при стандартных условиях.
V |
22.4 (273 20) |
24.04 м3/кмоль воздуха |
||||
|
|
|
||||
t |
273 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
Расход воздуха: |
|
|
|
|
|
|
G |
V |
|
1500 |
62.4 кмоль воздуха/ч |
||
|
|
|||||
|
|
Vt |
24.04 |
|
|
|
Количество метанола, поглощенного водой:
M G Yн Yк 62, 4 (0,065 0,005) 3,74 кмоль метанола/ч
Определяем минимальный расход воды:
Lmin |
M |
|
|
|
3, 74 |
|
72 кмоль воды/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|||
X * (Y ) X |
|
|
0, 065 |
|
||||
|
Н |
в |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1, 25 |
|
|
|
2
Реальный расход воды:
L Lmin 1.5 72 108 кмоль воды/ч
Определяем реальную концентрацию метанола в потоке воды:
X н ML 3108.74 0.035 кмоль метанола/кмоль воды
Так как равновесная зависимость соответствует линейному закону Генри, то среднее
значение движущей силы процесса вычисляется по логарифмическому соотношению:
Y Yн Yв ,
ср ln Yн
Yв
где Yн и Yв - движущие силы процесса переноса паров метанола в воздухе в нижней и в верхней частях абсорбера.
Определим значения Yн и Yв :
Yн Yн AXн 0,065 1, 25 0,035 0,022 кмоль метанола/кмоль воздуха
Yв Yв AXв 0,0050 1, 25 0 0,0050 кмоль метанола/кмоль воздуха
Тогда
0, 022 0, 0050
Yср 0, 011 кмоль метанола/кмоль воздуха ln 0, 022
0, 0050
Определяем необходимую поверхность массопередачи:
FМ 
3600 ,
Ку Yср
где количество целевого компонента М переводим в количество целевого компонента в секунду, поскольку таково измерение времени в коэффициенте массопередачи.
F |
3.74 |
3600 |
295 |
м2 |
||
|
|
|
||||
3.1 10 4 0.011 |
||||||
|
|
|
||||
Поверхность насадки с учетом её смачиваемости:
|
F |
F |
|
|
295 |
369 м2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
н |
|
0.8 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Необходимую высоту слоя |
насадки |
при её удельной поверхности |
σ 140 |
м2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м3 |
определяем по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fн |
|
|
369 |
|
|
|
||||
H |
|
|
|
|
3.36 м |
|
|
||||
0,785 D2 |
|
0.78512 140 |
|
|
|||||||
Ответ. Н=3,36 м
3
Задача №2
Вычислить необходимый диаметр насадочного абсорбера для поглощения паров этанола из потока воздуха водой. Высота абсорбера H=5,2 м, удельная поверхность
используемой насадки σ 204 м2 м3 . Температура процесса t=18 ºС. Расход воздуха
V=1200 м3/ч при нормальных условиях. Концентрации этанола в воздухе на входе и выходе из абсорбера составляют
Yн 0,050 кмоль этанола кмоль воздуха |
и |
Yв 0,0045кмоль этанола кмоль воздуха . |
Содержание этанола в подаваемой на слой насадки воде равно нулю (Хн=0). Насадка смачивается водой на ψ=0,86. Коэффициент избытка воды над её теоретически минимальным расходом составляет =1,3. Коэффициент массопередачи этанола от
воздуха к воде Ky 2,3кмоль этанола |
м2 |
с |
кмоль этанола . Линейная равновесная |
|
|
|
|
||
|
||||
|
|
|
кмоль воздуха |
|
зависимость имеет вид Y * Х 1, 40 Х в мольных долях метанола в воздухе и в воде.
Решение
Так как концентрации этанола в воздухе, равновесное соотношение и коэффициент массопередачи даны в мольных количествах, пересчитаем расход газа в мольные величины. Объём одного киломоля при 18 ºС:
V 22.4 (273 t) ,
t |
273 |
|
где 22,4 кмоль/м3 – объем одного киломоля газа или пара при стандартных условиях.
Vt 22.4 (273 18) 23.9 м3/кмоль воздуха 273
Молярный расход воздуха:
G |
V |
|
1200 |
50.3 кмоль воздуха/ч |
||
Vt |
|
29.3 |
||||
|
|
|
||||
Количество паров этанола, отдаваемое газовым потоком:
M G Yн Yк 50.3 (0, 05 0, 0045) 2.29 кмоль этанола/ч
Определяем теоретически минимальный расход воды, при котором концентрация этанола в выходящем потоке воды (нижнее сечение аппарата) соответствует равновесной с концентрацией этанола во входящем в абсорбер газовом потоке:
Lmin |
M |
|
|
|
2.29 |
|
64 кмоль воды/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|||
X * (Y ) X |
|
|
0, 05 |
|
||||
|
Н |
в |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1, 40 |
|
|
|
4
Реальный расход воды:
1.3 64 83.2 кмоль воды/ч
Определяем реальную концентрацию этанола в потоке воды:
X |
|
|
M |
X |
|
|
2, 29 |
0 0.027 кмоль этанола/кмоль воды |
н |
|
в |
|
|||||
|
|
L |
|
83, 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
Так как равновесная зависимость соответствует линейному закону Генри, то среднее значение движущей силы процесса вычисляется по логарифмическому соотношению:
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
Yн Yв |
, |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
Yн |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
||
где Yн |
и Yв |
- движущие силы процесса переноса паров этанола в воздухе в нижней и в |
||||||||||
верхней частях абсорбера. |
|
|
|
|
||||||||
Определим значения Yн и Yв : |
|
|
|
|
||||||||
|
Yн Yн AXн |
0,05 1, 40 0,027 0,012 кмоль этанола/кмоль воздуха |
||||||||||
|
Yв |
Yв |
AXв |
0,0045 1, 40 0 0,0045 кмоль этанола/кмоль воздуха |
||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
0, 012 0, 0045 |
0, 0075 кмоль этанола/кмоль воздуха |
|||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
ср |
|
0, 012 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0, 0045 |
|
|
|
|
|
|
|
Определяем необходимую поверхность массопередачи:
FМ 
3600 ,
Ку Yср
где количество целевого компонента М переводим в количество целевого компонента в секунду, поскольку таково измерение времени в коэффициенте массопередачи.
F |
2, 29 |
3600 |
369,5 |
м2 |
||
|
|
|
||||
2,3 |
10 4 |
0.0075 |
||||
|
|
|
||||
Поверхность насадки с учетом её смачиваемости:
|
|
F |
F |
|
369,5 |
429, 6 м2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
н |
|
|
0.86 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Диаметр абсорбера: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
Fн |
|
|
|
|
429, 6 |
|
0.72 м |
||||
0, 785 Н |
|
0, 785 5.2 204 |
|
|||||||||
Ответ. D=0.72 м
5
Список использованной литературы
1.Банных О.П. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии.
Уч. пособие для студентов заочной формы обучения. – СПб, СПбГТИ(ТУ), 2009.
2.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и
аппаратов химической технологии. Уч.пособие для ВУЗов. – 10-е изд. перераб. и
доп.-Л.: Химия, 1987.
6