ВКР (1203106), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

2.2 Изотерма адсорбции сероводорода на РПС-33

Задание на проектирование. Рассчитать адсорбционную установку периодического действия с неподвижным слоем адсорбента для улавливания сероводорода из водородсодержащего газа, при следующих условиях: расход смеси — ; температура смеси — 30 °С; атмосферное давление — ; начальная концентрация сероводорода водородсодержащем газе конечная концентрация сероводорода водородсодержащем газе тип аппарата — вертикальный адсорбер: адсорбент — РПС-33.

Принимаем число адсорберов в установке, равное двум. В одном из аппаратов проходит стадия адсорбции, в то время как в другом протекают стадии регенерации адсорбента.

В качестве адсорбента принимаем цеолит марки РПС-33 с эквивалентным диаметром гранулы 2,3 мм и насыпной плотностью

Для адсорбента РПС-33, обладающего бипористой структурой, по теории объемного заполнения пор равновесная концентрация в твердом теле описывается уравнением Дубинина:

, (2.1)

где X – равновесная концентрация в твердой фазе, моль/г;

W01, B1,W02, B2 – константы, характеризующие адсорбент, равные соответсвенно 0,19, см3/г; 0,74·10-6; 0,18, см3/г; 3,42·10-6;

- коэффициент аффинности равный 0,4;

- мольный объем поглощаемого компонента, равный 32,9, см3/моль;

- давление насыщенного сероводорода, Па;

P - парциальное давление сероводорода в газовой смеси.

Парциальное давление сероводорода при концентрации С = 0,01 будет равно (мм.рт.ст):

Тогда по формуле (2.1) равновесная концентрация равна (моль/г; кг/кг):

где 34 – молекулярная масса сероводорода, г/моль.

Остальные равновесные концентрации указаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Равновесные концентрации при различных парциальных давлениях:

2.3 Диаметр и высота адсорбера

Допустимую фиктивную скорость газа можно рассчитать по формуле:

Где - насыпная плотность адсорбента, кг/м3;

d - эквивалентный диаметр гранул, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

- плотность водородсодержащего газа при 30 С, кг/м3.

Допустимая фиктивная скорость равна (м/с):

Допустимую фиктивную скорость газа можно расчитать по формуле:

Рабочую скорость газа в адсорбере примем на 30 % ниже допустимой (м/с):

Диаметр аппарата (м):

Принимаем вертикальный абсорбер с табличным значением 1,8 м.

Высоту слоя адсорбента в аппарате для обеспечения достаточного времени работы адсорбера примем z = 1,6 м.

Общую высоту цилиндрической части примем равной 2,6 м.

2.4 Коэффициент массопередачи

Находим коэффициент диффузии в газовой фазе в системе сероводород – водород.

где и 2- мольные объемы водорода и сероводорода, см3/моль;

M1 и M2 - молекулярные массы сероводорода и водорода, г/моль.

Коэффициент диффузии в условиях адсорбера будет равен (см2/с):

Вязкость газовой фазы равна Па·с.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе находим по уравнению:

где - порозность слоя.

Число Рейнольдса:

Число Прандтля:

Порозность слоя рассчитывается по формуле:

Критерий Архимеда:

Число Рейнольдса по формуле (2.6) равно:

Порозность слоя по формуле (2.8):

Число Прандтля по формуле (2.7) равно:

Подставим в выражение (2.5) значения Re и Pr:

Коэффициент внешней массоотдачи равен (м/с):

Равновесная концентрация подчиняется уравниению:

Коэффициент эффективной диффузии сероводорода в адсорбенте равен

Коэффициент массоотдачи в адсорбенте (коэффициент внутренней масоотдачи) (м/с):

Коэффициент массопередачи (м/с):

Снижение движущей силы массопереноса в результате отклонения движения газа от режима идеального вытеснения учтем введением дополнительного диффузионного сопротивления продольного перемешивания.

Коэффициент, учитывающий продольное перемешивание, определим по уравнению (м/с):

Коэффициент массопередачи с учетом продольного перемешивания (м/с):

Удельная поверхность адсорбента (м2/м3):

Объемный коэффициент массопередачи ( ):

2.5 Продолжительность адсорбции. Выходная кривая. Профиль концентрации в слое адсорбента

Продолжительность адсорбции сероводорода определяется по выходной кривой, построение которой проиизводится по уравнению Томаса для безразмерной концентрации в потоке:

где n – общее число единиц переноса для слоя высотой z, м; T – безразмерное время.

Общее число единиц переноса для слоя высотой z равно:

Время Т определяется по формуле:

Выразим t через безразмерное время T из формулы (2.20):

Зададимся временем Т =0,4, тогда:

Итоговые результаты расчета выходной кривой адсорбции приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Таблица для построения выходной кривой адсорбции:

Время достижения концентрации метанола в газе, выходящем из адсорбера (она составляет 1% от начальной, C/Cнач = 0,01), равно длительности стадии адсорбции. В соответствии с выходной кривой, приложение А, продолжительность стадии адсорбции составляет 89132,78 сек или 24,76 ч.

Построение профиля концентрация ведется по уравнению Томаса,записанному для безразмерной концентрации в адсорбенте:

Выразим расстояние z от точки ввода смеси до точки с концентрацией X в виде функции от безразмерного времени:

Где

Подставим T = 0,4 в уравнения (2.22) и (2.23)

Расчет профиля концентраций сероводорода в слое адсорбента представлен в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Профиль концентраций сероводорода в слое адсорбента

2.6 Материальный баланс

Значение интегралов уравнения материального баланса определяем графическим интегрированием выходной кривой и профиля концентрации в адсорбенте.

Количество сероводорода поступающего в адсорбер (кг):

Характеристики

Список файлов ВКР