3.2 Варианты расчетного задания

Задача 1

Рассчитать абсорбер для очистки воздушной смеси в количестве G м³/ч при нормальных условиях от паров компонента А. Содержание поглощаемого компонента А в воздухе, у , % об. Начальное содержание поглощаемого компонента в поглотителе X_н =0. Степень извлечения компонента, α %. Температура поступающей в абсорбер газовой смеси, t_см. Температура поступающей в абсорбер воды, t = 20⁰С. Давление в абсорбере – атмосферное. Расход воды на β % больше минимального. Требуется: выбрать тип аппарата и схему процесса, определить диаметр и высоту абсорбера. Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Последняя цифра	Расходвоздушной смеси G, м3/ч	у, % об.	tсм,0C	Предпоследняя	Компонент А	, %	, %	Данные по равновесию (масс)
0	4500	8,5	20	0	Бензол	98	15
1	5000	4,8	25	1	Гексан	90	20
2	4200	5,0	20	2	Диоксид Углерода	80	10
3	3500	6,5	25	3	Серово- дород	85	25
4	2800	7,0	20	4	Ацетон	90	10
5	2000	3,5	25	5	Двуокись Серы	85	15
6	2200	4,2	18	6	Оксид Азота	82	20
7	2400	5,4	30	7	Аммиак	92	25
8	1650	3,2	28	8	Этиловый Спирт	94	10
9	6800	4,6	22	9	Двуокись Серы	93	15

3.3 Методические указания к решению

3.3.1 Расчет абсорбера

Расчет ведется для противоточной схемы движения рабочих потоков.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:

, кг/с,

где - расход воздуха, м³/с;

- плотность воздуха при рабочих условиях.

Относительная массовая концентрация компонента А в воздухе в начале процесса:

, .

Конечная концентрация поглощаемого компонента в выходящем воздухе:

, .

Минимальный расход поглотительной жидкости (воды):

, кг/с,

где - равновесная концентрация поглощаемого компонента в поглотителе, соответствующая концентрации его в газовой фазе на входе в абсорбер;

- начальная концентрация компонента в поглотителе.

Концентрация определяется из условия равновесия:

.

Действительный расход поглотительной жидкости:

.

Из уравнения материального баланса:

,

определяется содержание поглощаемого компонента в поглотителе на выходе из абсорбера . Затем по найденным точкам на диаграмме строится рабочая линия и равновесная линия по уравнению .

Далее следует рассчитать коэффициенты массоотдачи.

Для абсорберов с неупорядоченной насадкой при пленочном режиме:

для газовой фазы:

.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы:

,

где , - соответственно плотность и вязкость газовой среды при рабочих условиях;

- удельная поверхность насадки;

- фиктивная скорость газа в абсорбере.

Скорость газа находится следующим образом. Сначала рассчитывается фиктивная скорость газа в точке захлебывания:

,

здесь - свободный объем насадки;

- плотности газа и жидкости;

- динамический коэффициент вязкости жидкости;

- массовые расходы жидкости и газа;

- для насадки из колец.

Фиктивная скорость газа для абсорберов, работающих в пленочном режиме:

.

Диаметр абсорбера при найденной фиктивной скорости движения газа:

.

Критерий Прандтля:

,

здесь

- коэффициент молекулярной диффузии поглощаемого компонента в газе, м²/с.

, м²/с,

где - абсолютное давление, кгс/см²;

- температура, К;

- мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемных элементов, входящих в состав газа;

- мольные массы газов А и В.

Коэффициент массоотдачи для газовой фазы:

, м/с,

где - эквивалентный диаметр насадки, м.

Для расчета коэффициента массоотдачи в жидкой фазе в абсорбере с неупорядоченной насадкой при пленочном режиме используется критериальное уравнение:

.

Критерий Рейнольдса:

,

здесь - коэффициент смоченности насадки;

- плотность орошения насадки, м³/(м²с).

,

где - площадь поперечного сечения абсорбера.

Критерий Прандтля:

,

где - коэффициент молекулярной диффузии поглощаемого компонента в жидкости, м²/с.

Коэффициент диффузии в жидкости при 20⁰С определяется по формуле:

,

где - мольные объемы растворенного вещества и растворителя;

- мольные массы растворенного вещества и растворителя;

- коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

- динамический коэффициент вязкости поглотителя, мПа с.

Коэффициент диффузии газа в жидкости при рабочей температуре :

,

в которой температурный коэффициент :

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

, м/с,

здесь - приведенная толщина пленки, м.

Коэффициент массопередачи по найденным коэффициентам массоотдачи:

, .

Далее определяется движущая сила процесса.

Средняя движущая сила по газовой фазе:

,

где - движущая сила абсорбции в нижней и верхней частях абсорбера, определяемые по при помощи диаграммы , .

Требуемая поверхность массопередачи для проведения процесса абсорбции:

, м².

Объем слоя насадки, необходимый для создания найденной поверхности:

, м³.

Требуемая высота слоя насадки для проведения процесса:

, м.

Задача 2

Рассчитать непрерывно действующую ректификационную установку (по данным таблиц 3.2 и 3.3) для разделения F кг/ч смеси, содержащей % масс. ЛК. Требуемое содержание ЛК в дистилляте % масс, а в кубовом остатке - % масс. Температура исходной смеси – tн, ⁰С. Давление греющего пара Рабс, МПа.

Таблица 3.2

По-следняя цифра	Компоненты смеси	Конструкция колонны	Произ-водитель-ность F, кг/ч	Давление греющего пара, МПа
0	метанол-вода	ситчатая	5500	0,15
1	бензол-толуол	ситчатая	4700	0,20
2	этиловый спирт-вода	насадочная	3900	0,25
3	сероуглерод-четырех-хлористый углерод	насадочная	7000	0,30
4	ацетон-вода	насадочная	2300	0,35
5	хлороформ-бензол	насадочная	6200	0,40
6	уксусная кислота-вода	колпачковая	5100	0,45
7	гексан-гептан	ситчатая	4300	0,50
8	пентан-гексан	колпачковая	2000	0,55
9	уксусная кислота-вода	колпачковая	8100	0,60

Таблица 3.3

Предпоследняя цифра	Содержание ЛК			Температура исходной смеси tн, 0С
9	20	88	0,5	20
8	22	98	0,8	25
7	24	96	1,0	30
6	26	94	1,2	35
5	28	92	1,4	15
4	30	90	1,6	22
3	32	88	1,8	18
2	34	86	2,0	24
1	36	84	0,6	26
0	38	82	1,1	28