Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 1 (1044948), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Исходная концентрация метанола в газовой смеси соответствует части изотермы, близкой к линейной. Начальный участок изотермы может рассматриваться как линейный при условии (С/'С) < 0,17 (по бензолу). Отношение Р/Р для бензола, соответствующее концентрации метанола в смеси (С„= 1,8 . 10 ' кг/'м') может быть найдено по уравнению потенциальной теории адсорбции: (С/С,) '=(Р(Р) = -10 (180 1б8-181.8 10 ) 12 10-' 017 0,4 где (Р/Р,), — отношение парциального давления к давлению насыщенного пара для бензола. Полученный результат показывает, что форма изотермы на рассматриваемом участке может быть принята линейной.
Диаметр и высота адсорбера. Допустимую фиктивную скорость газа'можно рассчитать по формуле, полученной на основе технико-экономического анализа работы адсорберов: (4.2) где И, = 2,0 ° 10-' м; р„„= 550 кг/'м' (для активного угля АР-3); р„= 1,2 кг/'м'(плотность воздуха при.20 С). Допустимая скорость газа в адсорбере; о= 0,01б7.550 2,0.10 '.9,81/1,2= ' ' =0,388м(с. - Рабочую скорость газа-в адсорбере примем на 25 % ниже допустимой: и = 0,75 х 0„388 = 0,29 м/с. 752 Диаметр аппарата: О=(4~'фы) = 4 7370/(3,14.0,29 3бОО) =3,0 м, Принимаем вертикальный адсорбер типа ВТР (диаметр вертикального адсорбера не превышает 3 м). Высоту слоя активного угля в аппарате для обеспечения достаточного времени работы адсорбера примем равной 0,7 м (в вертикальных адсорберах ВТР высота слоя адсорбента составляет 0,5 — 1,2 м).
Общую высоту цилиндрической части принимаем равной 1,7 м. Дополнительная высота (под крышкой и над днищем) необходима для размещения распределительного устройства для газа, штуцеров и датчиков контрольно-измерительных приборов. Коэффициент массопередачи. Находим коэффициент диффузии в газовой фазе в системе «метанол— воздух». При / = 0 'С и Р = 98,1 кПа коэффициент диффузии равен 0,133 см'/'с.
Коэффициент диффузии в условиях адсорбера: о «9,81 ° 10' (2931 10,13 10' ~273) = 0,143-10 м /с. Вязкость газовой фазы (воздуха) ц = 1,8 10 ' Па - с. Коэффициент массоотдачи в газовой фазе находим по уравнению: Иц' = 0,355Ке~м'(Рг )» зз'/е (4.3) где е — порозность слоя (е = 0,375); Часть ПХ Основное оборудование для очистки газовых систем Ке=оа~,р /1гу =0,29 2 10'х х1,2/(1,8 ° 10 ~) = 38,67; Рг'=р„/(р Р ) =1,8.10 '(1,2х х0,143 10 ) =1,049. Подставив в выражение (4.3) значения Ке и Рг', получим: . Хгг' = 0,355.38,67'~' х х1,049оа" /О 375 =10 01. - Тоща коэффициент внешней массоотдачи равен: ~3 =10,01Р /И, =10,01х х0,143 10 /(2 10 ~) =0,072 м/с.
Коэффициент эффективной диффузии метанола в адсорбенте находим по зависимости Р,,= /'(х), для случая адсорбции метанола на активном угле, приближающемся по внутренней структуре к АУ марки АР-3 в интервале концентраций Х = = 0 — 3,3 10-' кг/кг: Р, =3,00 10 " мг/с. Коэффициент массоотдачи в адсорбенте (коэффициент внутренней массоотдачи) находим по уравнению: 1ОР,' р„;,Х'(С„) а',(1 — с) С„ Тогда 10 3,0 10 " 550 3,3-10 ' 2. 10-г(1-0,375)1,8 10-' = 0,0242 м/с. Коэффициент массопередачи: К, =1/(1/~3 +1/~3 ) = =1/(1/0,072+1/0,0242) =0„018 и/с Снижение движущей силы массопереноса в результате отклоне- ния движения газа от режима идеального вытеснения учтем введением дополнительного диффузионного сопротивления продольного перемешивания.
Коэффициент, учитывающий продольное перемешивание, определяем по уравнению: ьгг Д„, =0,0567 — — "* = 0,0567х с0 Руш/, 1-с р 0,29 (1,2 0,29 2.10' 1- 0,375~ 1,8 10-' Коэффициент массопередачи с учетом продольного перемешивания: К,' =(1/К, +1/~3„„) ' = = (1/0,018+1/0,059) ' = 0,0138 м/с. Удельная поверхность адсорбента: а = 6(1 — е)/И, = 6(1 — 0,375)/ /(2.10 ') =1875 мг/м'.
Объемный ' коэффициент массо- передачи: ' К = К' 'а = 0,0138 1875 = 25,87 с '. Продолжительность адсорбции. Выходная кривая. Профиль концентрации в слое адсорбента. Продолжительность адсорбции метанола определяется по выходной.кривой, построение которой производится по уравнению Томаса для безразмерной концентрации в потоке: ' 'С/С„=./(н,,,л Т), где уг = К,' а~/гг — общее число единиц переноса для слоя высотой г.; Т. = оС„(т — ~е/со)/[р„Х'(С„)4 безразмерное время. 753 Глава 4. Оборудование для очистки газов различными методами Выразим т через безразмерное время т: 4Тр Х'(С„) + СЯ оС„ 0,7(550.3,3 10 ~Т+1,8.10' 0,375) 2,9*1,8 ° 10 ' = 24 339Т+0,905.
Число единиц переноса: ' и =К' ~/о= = 25,87 ° 0,7/0,29 = 62,24. Результаты расчета выходной кривой адсорбции приведены в табл. 4.15. ' Время достижения концейтрации метанола в газе, выходящем из адсорбера (концентрация составляет 5 % от начальной, т.е. С/С„= 0,05), равно длительности стадий адсорбции. В соответствии с выходной кривой (см. рис. 4.20) продолжительность стадии адсорбции 8 составляет 1,73 ° 10' с. Построение профиля концентраций ведется по уравнению Томаса, записанному для безразмерной концентрации в адсорбенте: Х/Х (С„) =1-./(и, Т,и ). Выразим расстояние ~ от точки ввода смеси до точки с концентрацией Х виде функции от безразмерного времени: ОоС„ Тр Х'(С„)+ С„е 1,73 10 0,29 1,8 10 ' 550 3,3 10 вТ+1,8-10 ' 0,375 1 2,01Т+0,748-10 ' Расчет профиля концентраций метанола в слое угля представлен в табл. 4.16.
754 Мгииернальный баланс. Материальный баланс по метанолу стадии адсорбции выражается уравнением ~~ за0~ = Рнас~~ Им=о Ха)~/~+ а в и +ой~С, иИ~+ сфС,.в — С, а)Н~. о о Записывая уравнение материального баланса для концентраций в безразмерной форме, а также учитывая, что Х = 0 и С, = О, получим: оС„ОЯ=р, 5Х'(С„)х и, х~х/Х (С„)с/~+ЫС,х в и ~~~ С/С,ат+еЯС„1 1(С/С,), азаГ.
а а Значение интегралов уравнения материального баланса определяют графическим интегрированием выходной кривой (см. рис. 4.20) и профиля концентрации в адсорбенте (см. рис. 4,21): 1С/С,Ит = 74,2 с; а и ~Х/Х (С„)с/~ = 0,495 и. Количество метанола, поступающего в адсорбер: 1'тС„=7370 1,73-10' 1;8х м10 ~/3600=63,75 кг. Количество метанола, поглощенного углем (адсорбата): ал р„„57~'(С„) ~ Х/Х (Са)а/г.
= =550 0,785 3 3,3.10 о = 63,47 кг. Часть УП. Основное оборудование для очистки газовых систем к/х (М У,4 оу РУ О,В оов О,в 0,4 оо оаг О2 О,4 ОВ йВгм 28 УО,ьРис.4.20. Выходная кривая адсорбции (г,=0,7 и) Рис.4.21. Профиль концентрации в адсорбенте (т = 4,8 ч) Таблица 4.! 5 Расчет выходной кривой адсорбции сус„ сус„ Таблица 4.16 Расчет профиля концентраций метанола в слое угля Лп 7',п ) п,,.Т ХIХ'(С„) !Ут Т О,4 0,199 О,ОО!2 0,9988 0,5 0,9961 0.249 44,38 О,ООЗ9 2,0 0,9796 0,6 44,33 0,0204 1,667 0.299 0,348 о7 1,429 44,38 0,0704 0,9296 0,8 1,25 0„1749 0,398 0,825! 0,3344 0,6656 0,9 0,448 1,О 0,5213 0,498 0,4787 0,547 0,909! 0,6954 0,3046 0,8333 0,8283 1,г 44,38 0,1717 0,647 0,9139 1,3 44,38 0,086! 0,697 44,33 0,9662 0„0338 0,0159 !,4 0.7143 0,6666 0,746 1,5 44,33 0,984! 0,796 0,9946 0,625 0,0054 755 0,4 0,5 О,б С,7 0,8 О,9 '1,0 9736,5 12 170,4 14 604,3.
17 о38,2 19 472,1 г! 906,0 24 339,9 0,0000 0,00071 0,00715 0,03860 0,1296 0,2993 0,5179 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 26 773,3 29 207,7 ,31 641,6 34 075,5 36 509,4 33 943,3 0,7219 0,8658 0,9455 0,9811 0,9943 0,9983 Глава 4. Оборудование для очистки газов различными методами Количество метанола, уходяшего из аппарата с газовой фазой: ь7ь!04 1"С„~ (С!С„)Я = 7370 1,8.10 ' х е х74,2/3600 = 0,273 кг. Ввиду малого количества адсорбгива, остающегося в аппарате в газовой фазе, для расчета массы метанола, оставшейся в свободном объеме адсорбера, примем конценграцию метанола, равную начальной.
Количество метанола, остающегося в газовой фазе адсорбера: еР' С„=0,375.0,0785 3' х х0,7-1,8 10 3 = 0,0033 кг. Проверим сходимость материального баланса: 63,75 = 63,47 + 0,273 + + 0,0033. -Вспомогателъиые стадии цикла. Ввиду того, что по заданию установка включает два адсорбера, суммарная продолжительность вспомогательных операций (десорбция, сушка, охлаждение) должна быть равна продолжительности адсорбции, т.е.
4,8 ч. Десорбция водяным паром— сложный тепломассообменный и роцесс, протекающий при переменных температуре и,расходе паровой фазы. Надежных методик расчета продолжительности десорбции для . этого случая не разработано. Продолжительность десорбции в рекуперационных установках ориентировочно составляет 0,5 — 1,0 ч при условии использования острого пара давлением 0,1 — 0,4 МПа. При десорбции веществ с небольшой молекулярной массой давление ближе к минимальному значению указанного интервала.
С учетом сказанного принимаем продол- 756 жительность десорбции равной 1 ч, давление водяного пара — 0,2 МПа. Тогда продолжительность стадий сушки и охлаждения равна 3,8 ч, причем периоды сушки и охлаждения могут быть приняты равными. В связи с этим условия сушки и охлаждения должны быть выбраны исходя из указанного времени. График работы адсорбционной установки может быть представлен в виде циклограммы (рис. 4.22). 1-й аасорбер аасорбер Время, ч Рис. 4.22. Циклограмма работы адсорбционной установки: 1 — продолжительность адсорбции; 2 — суммарная продолжительность сушки и охлаждения; 3 — продолжительность десорбции 4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
