Определение числа единиц переноса ()

1. Метод графического интегрирования – заключается в том, что на диаграмме, построенной в координатах  находят площадь, ограниченную кривой, осью абцисс (х) и вертикальными прямыми, проведенными через точки на оси абцисс  и , являющимися пределами интегрирования. Эта площадь с учетом масштабов по осям x и y, равна числу единиц переноса:  

;

где:  - число единиц “” в 1 см по оси абцисс;

 - число единиц “” в 1 см по оси ординат.

Тогда из уравнения   .

2. Графический метод – рабочая линия – прямая, равновесная зависимость нелинейна. Для определения  строят диаграмму y – x, на которую наносят рабочую линию AB (прямая ) и линию равновесия OC (прямая  ), затем проводят среднюю линию MN, проходящую через точки, делящие пополам отрезки ординат между рабочей линией и линией равновесия. Затем из точки В, характеризующей конечное состояние газа, проводят линию BD до пересечения со средней линией и продолжают ее до точки Е, при этом отрезок BD=DE. Затем из точки Е восстанавливают перпендикуляр EF до пересечения с рабочей линией и ставят точку F, причем EF=2KD=KL. Отрезок EF показывает изменение концентрации газа, равной одной единице переноса (ступенька BEF). Продолжая аналогичное построение ступенек до начального состояния газа (точка А), определяем , если в конце получается неполная ступенька, то ее принимаем за полную: .

3. Метод численного интегрирования – рабочая линия нелинейна, равновесная зависимость линейна. Суть метода заключается в том, что на диаграмме y – x отрезок  делят на два равных участка. Вертикальные отрезки между рабочей линией AB и линией равновесия OC, проведенные из точек состояния газа в начале и в конце процесса (точка А, точка В), а также средней точки М, показывают значения движущей силы прцесса:

Рекомендуемые материалы

;   ;  ; ;

;

;

Если отношение , то отрезок делят не на 2, а на 4 участка, причем:

;   ; ; ; ;

.

Технология расчета абсорбционных процессов при физической абсорбции заключается в следующем:

1. решение уравнения материального баланса и определение расхода абсорбера;

2. выбор типа и конструкционных размеров контактного устройства (тарелки и насадки);

3. выбор рабочей скорости газа и расчет диаметра абсорбера

4. расчет необходимой поверхности контакта фаз, коэффициента массоотдачи и массопередачи и определение высоты насадки или числа тарелок;

5. определение высоты абсорбера и расчет его гидравлического сопротивления.

Пример 1

Объемная концентрация NH₃ в воздухе =0,12 кг/м³ , T=300K, P=кПа

Мольная масса NH₃ – (M_k =17), мольная масса носителя (инертного газа - воздуха) М_ог =29

Решение:

кг/кмоль.

Тогда: объемная концентрация кмоль/м³

                 мольная: кмоль/кмоль

                 массовая: кг/кг

Парциальное давление компонента: кПа

Относительная концентрация: .

Пример 2

Концентрация поташа (K₂CO₃) после поглощения его водой:

=200 кг/м³, М_к=138 кг/кмоль,

Концентрация H₂S:

=15 кг/м³, =34 кг/кмоль, =1200 кг/м³

Растворитель – вода, М_ж=18 кг/кмоль

Выразить состав раствора в мольных долях

Решение:

мольных доль;

м.д.

Пример 3

Определить количество поглощаемого NH₃ , расход поглотителя (L) и движущую силу процесса при абсорбции аммиака водой из смеси его с воздухом G₀=13600 м³/ч, (=0,1 мПа, t₀=0 ), - 5%, =0,27

Содержание аммиака в жидкости =0,0020 кмоль NH₃/кмоль H₂O;

=20⁰С , =20⁰С. Давление газа в абсорбере P₀= Па.

Рещение:

Расчет материального баланса: т.к. содержание аммиака в исходно смеси не превышает 10% то выражение концентраций приведем в относительных концентрациях

G=G₀(1-0,05)=13600(1-0,05)=12920 м³/ч – расход воздуха

или 12920/22,4=576,8 кмоль/ч

Относительный мольный состав газовой фазы:

Y₁=5/(100-5)=0,0526 кмоль NH₃/кмоль возд. – в начале;

Y₂=0,27/(100-0,27)=0,0027 кмоль NH₃/кмоль возд. – в конце.

Количество NH₃ , поступающего на абсорбцию:

M_нач===30,34 кмоль/ч;

M_к= ==1,56 кмоль/ч;

М= M_нач-M_к=30,34-1,56=28,78 кмоль/ч.

Пример 4

Требуется поглотить чистой водой 1 т. SO₂ в час из газов, содержащих 5%  - SO₂, 95%  - N_2.

Q_ж взято на 20% больше Q_ж мин необходимого,

=90%, P_ат=760 мм.рт.ст., t_ж=20⁰С,

Растворимость  SO₂ в воде при t=20⁰с

Определить .

Решение:

Парциальное давление компонента газовой смеси

P_i=мм.рт.ст.

Такому давлению соответствует концентрация в растворе 0,69%, т.е. в 100кг воды – 69кг SO₂

­Общее количество поглощаемого SO₂ по заданию – 1000кг

Поэтому минимальное количество орошающей жидкости:

Q_{ж мин} ===145000 кг/ч=145м³/ч;

Действительное количество жидкости:

Q_ж==174 м³/ч

Из уравнения материального баланса     .

Давление на выходе из аппарата P_вых==3,95 мм.рт.ст..

Содержание SO₂ в абсорбенте, выходящем из аппарата

= Q_ж, т.е. ==0,575 кг на 100кг

Такому содержанию SO₂ соответствует парциальное давление 30,87 мм.рт.ст.

=38-30,87=7,13 мм.рт.ст.

=(7,13+3,95)/2=5,54 мм.рт.ст.=730 Па

Пример 5

Рассчитать количество поглощенного СO₂, расход поглотителя и движущую силу процесса

При абсорбции СO₂  водой из газовой смеси состава:

СO₂ – 30,2%, CO – 4%, H₂ – 48%, N₂ – 17,8%.

Расход газа: V=10000м³/ч (при н.у.)

G₁=452,5 кмоль/ч

Давление 1,6 мПа

Орошение водой (X_н=0) t=25⁰с

Степень извлечения СO₂: =95%

Решение:

Т.к. содержание СO₂>10%, то выражение концентрации выбираем в мольных долях (если бы , то в относительных концентрациях).

По уравнению W=

Мольная доля СO₂ на входе в аппарат:

=0,302,

а количество СO_2:

M₁= =136,65 кмоль/час.

Количество поглощенного СO₂

W= =129,82 кмоль/час.

Количество газа, выходящего из аппарата:

G₂= G₁-W=452,5-129,82=322,66 кмоль/час

Количество СO₂ в выходящем газе:

M₂= M₁-W=136,65-129,82=6,83 кмоль/час.

Мольная доля СO₂ в уходящем газе:

= M₂/ G₂=6,83/322,66=0,021 (2,1%).

Построение рабочей характеристики процесса по закону Генри:

Закон Генри: .

;

где: ,  - коэффициенты при , , ;

 - парциальное давление  в газе.

МПа.

Закон Дальтона: МПа.

Из закона Генри:  ;

из уравнения    ;

где:  - равновесная концентрация в газе;

 - равновесная линия процесса.

                       y

                                                                         В           С

                                                                          D

                           А

                                                                                                            x 10³

Определение расхода абсорбента:

 кмоль/ч;

увеличенный в 1,3 раза: кмоль/ч,

тогда: ,

а содержание  в выходящей воде: 

 - равновесная концентрация   в газе.

Тогда: .

Построение рабочей линии процесса: уравнение рабочей линии имеет вид кривой:

 ;

Бесплатная лекция: "24 Промежуточный и итоговый контроль" также доступна.

где:  - удельный расход поглотителя: .

Применим метод Симпсона – заменим кривую линию АВ ломаной АЕВ.

Для точки Е: .

Определим значение  из уравнения: 

  ;

.