ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Отчёт по контрольной работе
ЯГТУ 240100.62-016 КР
Контрольную работу выполнила
студентка гр. ИСХо-30
_________Романова О.А.
Вариант № 3
тип абсорбера – насадочный;
газовая смесь – ацетон + воздух;
концентрация % объёмных: на входе – 5;
на выходе – 1;
абсорбент – вода;
расход газа – 2000 кг/ч;
температура в абсорбере – 20 °С;
давление – 1 атм.
Решение:
1) Пересчет в относительную концентрацию:
, ;
, .
где – и – начальная и конечная относительные концентрации ацетона в смеси, ;
ун и ук – начальная и конечная объёмные концентрации ацетона в смеси.
2) Расчёт молекулярной массы смеси:
Мсм = Мв ∙ (1 – ун ) + Ма ∙ ун = 29 ∙ (1 – 0,05) + 58 ∙ 0,05 = 30,45 кг/кмоль
где – Мсм – молекулярная масса смеси, кг/кмоль;
Мв и Ма – мольные массы воздуха и ацетона соответственно, кг/кмоль.
3) Расчёт мольного расхода смеси:
, ;
где – Gмоль – мольный расход смеси, ;
Gсм – массовый расход смеси, кг/ч.
4) Расчёт мольного расхода воздуха:
, ;
где – Gмв – мольный расход воздуха, .
5) Расчёт количества поглощённого компонента:
М = Gмв ∙ ( – ) = L ∙ ( – );
где – М – количество поглощённого ацетона, кмоль/с;
L – расход абсорбента, кмоль/с;
и – начальное и конечное содержание поглощённого ацетона в воде, .
М = 0,0173 ∙ (0,0526 – 0,01010) = 7,35 ∙ 10-4 кмоль/с.
6) Построение линии равновесия
Уравнение линии равновесия для процесса абсорбции ацетона водой описывается уравнением: у* = 1,68 ∙ х
Рис. 1 – Построение рабочей линии процесса абсорбции ацетона водой
6) Расчёт минимального количества абсорбента
Lmin = = = 2,348 · 10-2 , кмоль Н2О/c;
где – Lmin – минимальный расход воды;
– максимальная концентрация ацетона в воде при данных условиях (по графику), ;
– начальная концентрация ацетона в воде, .
7) Расчёт действительного расхода абсорбента
Lдейств = 1,2 · Lmin = 1,2 · 2,348 · 10-2 = 2,82 · 10-2 кмоль Н2О/c = 0,5076 кг/с.
8) Расчёт конечной концентрации ацетона в воде
= + = 0 + = 2,61 · 10-2, .
9) Расчёт равновесной концентрации ацетона в воздухе
= 1,68 · = 1,68 · 2,61 · 10-2 = 0,04385
10) Расчёт средней движущей силы процесса:
,
В качестве насадки берутся кольца Рашига размером 50х50х5
Таблица 1 – Характеристика скрубберных насадок из керамических колец размером 50х50х5
число элементов в 1 м3 объёма, заполненного насадкой
| свободный объём,
м3/м3
| удельная поверхность, м2/м3
| масса 1 м3 насадки, кг
|
| 0,785
| 87,5
|
|
11) Определение фиктивной скорости газа по уравнению Кафарова – Плановского
;
где – σ – удельная поверхность насадки, м2/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Vсв – свободный объём насадки, м3/м3;
ρг и ρж – плотности газа и жидкости, кг/м3;
μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа · с;
L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с;
А = 0,022 для насадки из колец или спиралей.
lg (0,0238 · ω32) = − 0,7421;
ω3 = 2,76 м/с.
12) Определение рабочей скорости газа
ωр = 0,75 · ω3 = 0,75 · 2,76 = 2,07 м/с
13) Расчёт диаметра аппарата
;
где – Vсм – объёмный расход газа, м3/с;
ω – фиктивная скорость газа, м/с.
Vсм = = 0,43 м3/с
0,45 м
Подбираем стандартный диаметр аппарата – Dст = 0,6 м
Уточнённая рабочая скорость:
ω = = = 1,52 м/с
14) Расчёт высоты насадки:
Hн = noy · hoy;
где – noy – число единиц переноса;
hoy – высота единиц переноса
noy = = = 4,56
hoy = ;
где – Ку – коэффициент массопередачи;
площадь сечения колоны, м2;
σ – удельная поверхность насадки, м2/м3;
ψ – коэффициент смоченности насадки.
S = 0,785 · D2 = 0,785 · 0,62 = 0,283 м2
;
где – βу, βх – коэффициенты массоотдачи.
, м/с
где – Nu – коэффициент Нуссельта;
Dг – коэффициент диффузии газа, м2/с;
dэ – диаметр эквивалентный насадки
dэ = = = 0,036 м
Dг = ;
где – Т – абсолютная температура, К;
р – давление, ат;
Ма и Мв – мольные массы ацетона и воздуха, кг/кмоль;
υа и υв – мольные объёмы ацетона и воздуха, м3/кмоль
υа = 74 м3/кмоль; υв = 29,9 м3/кмоль
Dг = = =
= 9,2 · 10-6 м2/с
Nuг = 0,407 · Reг0,655 · Рrг0,33
Reг = = = 4980;
где – μг – динамический коэффициент вязкости газа, Па · с
Prг = = = 1,52;
Nuг = 0,407 ·49800,655 · 1,520,33 = 123,37
βу = = 0,0315 м/с = 0,0014, (кмоль)/(м2·с)
Nuж = 0,0021 · Reж0,75 · Рrж0,5
Rеж = = = 48,25
Dж = =
= = 2,55 · 10-8
Prж = = = 39,22;
Nuж = 0,0021 · 48,250,75 · 39,220,5 = 0,241
βх = ;
где – δпр – толщина плёнки жидкости;
Dж – коэффициент диффузии ацетона в жидкости
Расчёт толщины плёнки жидкости
δпр = = = 4,29 · 10-5, м
βх = = 1,43 · 10-4, м/с = 0,00794 (кмоль)/(м2·с)
Коэффициент массопередачи
(кмоль)/(м2·с)
hоу = = 0,385 м
Нн = 4,56 · 0,385 = 1,75 м
15) Гидравлическое сопротивление насадки
ΔР = ΔРсух · 10169 · u;
где – ΔРсух – сопротивление сухой насадки, Па:
u – плотность орошения, м3/(м2 · с)
ΔРсух = λ · , Па;
где – λ = = = 2,92
ΔРсух = 2,92· = 343,26 Па
u = = = 0,00716 м3/(м2 · с)
ΔР = 343,26 · 10169 ·0,00716 = 5567,02 Па
Использованная литература:
1) Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по
курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 8-е, пер. и доп. Л., Химия, 1976. - 552с.
Поиск по сайту:
|