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, ;

у_н и у_к – начальная и конечная объёмные концентрации ацетона в смеси.

2) Расчёт молекулярной массы смеси:

М_см = М_в ∙ (1 – у_н ) + М_а ∙ у_н = 29 ∙ (1 – 0,05) + 58 ∙ 0,05 = 30,45 кг/кмоль

где – М_см – молекулярная масса смеси, кг/кмоль;

М_в и М_а – мольные массы воздуха и ацетона соответственно, кг/кмоль.

3) Расчёт мольного расхода смеси:

, ;

где – G_моль – мольный расход смеси, ;

G_см – массовый расход смеси, кг/ч.

4) Расчёт мольного расхода воздуха:

, ;

где – G_мв – мольный расход воздуха, .

5) Расчёт количества поглощённого компонента:

М = G_мв ∙ ( – ) = 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

L_min = = = 2,348 · 10^-2 , кмоль Н₂О/c;

где – L_min – минимальный расход воды;

– максимальная концентрация ацетона в воде при данных условиях (по графику), ;

– начальная концентрация ацетона в воде, .

7) Расчёт действительного расхода абсорбента

L_действ = 1,2 · L_min = 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

11) Определение фиктивной скорости газа по уравнению Кафарова – Плановского

;

где – σ – удельная поверхность насадки, м²/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

V_св – свободный объём насадки, м³/м³;

ρ_г и ρ_ж – плотности газа и жидкости, кг/м³;

μ_ж – 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

ω_р = 0,75 · ω₃ = 0,75 · 2,76 = 2,07 м/с

13) Расчёт диаметра аппарата

;

где – V_см – объёмный расход газа, м³/с;

ω – фиктивная скорость газа, м/с.

V_см = = 0,43 м³/с

0,45 м

Подбираем стандартный диаметр аппарата – D_ст = 0,6 м

Уточнённая рабочая скорость:

ω = = = 1,52 м/с

14) Расчёт высоты насадки:

H_н = n_oy · h_oy;

где – n_oy – число единиц переноса;

h_oy – высота единиц переноса

n_oy = = = 4,56

h_oy = ;

где – К_у – 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 – β_у, β_х – 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;

М_а и М_в – мольные массы ацетона и воздуха, кг/кмоль;

υ_а и υ_в – мольные объёмы ацетона и воздуха, м³/кмоль

υ_а = 74 м³/кмоль; υ_в = 29,9 м³/кмоль

Dг = = =

= 9,2 · 10^-6 м²/с

Nu_г = 0,407 · Re_г^0,655 · Рr_г^0,33

Re_г = = = 4980;

где – μ_г – динамический коэффициент вязкости газа, Па · с

Pr_г = = = 1,52;

Nu_г = 0,407 ·4980^0,655 · 1,52^0,33 = 123,37

β_у = = 0,0315 м/с = 0,0014, (кмоль)/(м²·с)

Nu_ж = 0,0021 · Re_ж^0,75 · Рr_ж^0,5

Rе_ж = = = 48,25

D_ж = =

= = 2,55 · 10^-8

Pr_ж = = = 39,22;

Nu_ж = 0,0021 · 48,25^0,75 · 39,22^0,5 = 0,241

β_х = ;

где – δ_пр – толщина плёнки жидкости;

D_ж – коэффициент диффузии ацетона в жидкости

Расчёт толщины плёнки жидкости

δ_пр = = = 4,29 · 10^{-5, м}

β_х = = 1,43 · 10^-4, м/с = 0,00794 (кмоль)/(м²·с)

Коэффициент массопередачи

(кмоль)/(м²·с)

h_оу = = 0,385 м

Н_н = 4,56 · 0,385 = 1,75 м

15) Гидравлическое сопротивление насадки

ΔР = ΔР_сух · 10^{169 · u};

где – ΔР_сух – сопротивление сухой насадки, Па:

u – плотность орошения, м³/(м² · с)

ΔР_сух = λ · , Па;

где – λ = = = 2,92

ΔР_сух = 2,92· = 343,26 Па

u = = = 0,00716 м³/(м² · с)

ΔР = 343,26 · 10^{169 ·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: