Расчет адсорберапериодического действия для улавливания паров толуола из воздуха
Решение. Ординаты и абсциссы точек изотермытолуола вычисляются по формулам (1) и (2):
/> (1)
/> (2)
где a1* и a2* — концентрации адсорбированныхбензола и толуола, кг/кг;
V1 и V2 – молярные объемы бензола и толуолав жидком состоянии, м3;
p1 и p2 – парциальное давление паров бензолаи толуола, мм рт. ст;
pS-1и pS-2 – давление насыщенных паров бензолаи толуола при 20°С, мм рт. ст.;
T1 и Т2 — абсолютнаятемпература бензола и толуола при адсорбции (в данном случае Т1 —Т2= 293° К);
β — коэффициент аффинности.
Молярныйобъем бензола:
/> м3/кмоль.
Молярныйобъем толуола:
/> м3/кмоль.
Коэффициентаффинности:
/>.
На изотермебензола берем ряд точек
/>
Первая точка: a1* = 0,25 кг/кг; p1 = 8 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/> />
Вторая точка: a1* = 0,30 кг/кг; p1 = 57 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>
/>
Третья точка: a1* = 0,15 кг/кг; p1 = 1 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>
/>
Четвертая точка: a1* = 0,28 кг/кг; p1 = 20 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>
/>
Пятая точка: a1* = 0,20 кг/кг; p1 = 2,5 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>откуда
/>
Шестая точка: a1* = 0,26 кг/кг; p1 = 10 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>откуда
/>
Седьмая точка: a1* = 0,22 кг/кг; p1 = 3,5 мм рт. ст. Вычислимкоординаты соответствующей точки на изотерме толуола:
/>
/>
/>откуда
/>
Вычисливординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.
Таблица1Изотерма 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
Понайденным точкам строим изотерму толуола для 20 ºС.
/>
Определимс помощью изотермы статическую активность угля по толуолу при концентрациипаро-воздушной смеси />
Предварительнонеобходимо рассчитать парциальное давление, соответствующее />по формуле (3):
/> (3)
/>
Подиаграмме абсциссе p= 1,4 мм рт. ст. соответствуетордината a* = 0,248 кг/кг.
Количествоактивного угля на одну загрузку составляет:
/>
Диаметр адсорберавычисляется из равенства:
/>
откуда
/>
Так как на изотерметочка, 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;
βу – коэффициент массопередачи, которыйвычисляется по формуле (5):
/> (5)
Находим кинематическийкоэффициент вязкости воздуха. Так как по рис. VI (стр. 607, [1]) μ = 0,018 · 10-3н ·сек/м2, то
/> м2/сек.
Тогда:
/>
Диаметр частицы угля dз = 0,004 м, и значит
/>
Скорость />следовательно:
/>
Коэффициент диффузии при0 ºС для системы толуол – воздух:
/> м2/ч=0,197 · 10-4м/сек.
Для температуры 20 ºСкоэффициент диффузии вычисляется по формуле:
/> м2/сек.
После подстановки получимобъемный коэффициент массопередачи:
/> сек -1.
Определяемпродолжительность процесса:
/>
τ = 622 =3844 сек = 64 мин = 1,07 ч.
Определим количествопаро-воздушной смеси, проходящей через адсорбер за 64 мин:
/> м3.
По данным напроектирование, за один период через адсорбер должно пройти 2200 м3.Следовательно, диаметр адсорбера следует увеличить:
/>
Необходимо такжеувеличить количество активированного угля на одну загрузку:
/> кг.
Список используемойлитературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., НосковА.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 аппаратыхимической технологии. Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского 2-оеизд. доп. и перераб.- М/Химия. 1991 г.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы иаппараты химической технологии: Учебник, 9-е изд. доп. и перераб. – М.: Химия,1978. 783 с.
4. Кузнецов А.А. Расчеты основныхпроцессов и аппаратов переработки углеводородных газов. – М.: Химия, 1983. – 233с.
5. Варгафтик Н.Б. Справочник потеплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Государственное изд-вофизико-математической литературы «Физматгиз». 1963. 708 с. с ил.