309577 (690927), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

P₀- нормальное давление (760[мм.рт.ст.]=0,1[МПа]);

P - давление в абсорбере, [МПа].

ρ_0z=1,25046[кг/м³] - плотность азота при нормальных условиях.

T₀=273[К]; t=20[⁰C]; P₀=0,1[МПа]; P=0,1[МПа].

Определим массовый расход воздуха по формуле (7):

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии с уравнением (2):

Отсюда из уравнения (2) определим расход поглотителя:

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:

1.2 Расчет движущей силы массопередачи

Движущая сила в соответствии с уравнением (1) может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы:

, (10)

где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг/кг (рисунок 1 и 2).

; ,

где и - концентрации этанола в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него (рисунок 2).

Средняя движущая сила процесса абсорбции:

1.3 Коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи K_y находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

, (11)

где - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м²с); m – коэффициент распределения, кг/кг.

Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере. При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями:

во-первых, конкретными условиями проведения процесса – нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;

во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу – необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колоне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.;

в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание единичного или серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т.д.

В нашем случае насадка определена условиями задания:

Тип насадки: Кольца Рашига, керамические, упорядоченные.

1.4 Расчет скорости газа и диаметр абсорбера

Скорость газа в точке инверсии фаз ω_п м/сек, соответствующая возникновению режима эмульгирования (считая на полное сечение колоны), определяется из уравнения (Павлов. с.380):

, (12)

где σ – удельная поверхность насадки, м²/м³;

g – ускорение свободного падения, м/сек²;

V_СВ – свободный объем насадки, м³/м³;

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

μ_ж – вязкость жидкости, спз;

A=-0,022 (для процесса абсорбции);

L и G – расход жидкости и газа, кг/ч.

Рабочая скорость газа (или пара) в обычных насадочных колонах (Павлов. с.380): ω=(0,6..0,85)ω_п

В рассматриваемом проекте используются в качестве насадки керамические кольца Рашига упорядоченные, возьмем насадки размером 80X80X8, насадка из таких колец имеет следующие характеристики (см. таблица 1):

Таблица 1 Регулярные насадки "керамические кольца Рашига"

(определили по формуле 9)

(3, c. 578)

(3, c. 555)

ω_п=2,6598[м/с]

Рабочая скорость газа в насадочном абсорбере:

Диаметр абсорбера находим по уравнению объемного расхода

, (13)

где V - объемный расход газа при условиях в абсорбере, м³/с;

(определили по формуле 8)

Принимаем стандартный диаметр абсорбера 1,4м.

1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

(14)

где - площадь поперечного сечения абсорбера, м²;

L - массовый расход поглотителя (воды), кг/с;

ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости или неравномерного распределения газа по сечению колоны.

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения U_min выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения U_min находят по соотношению:

, (15)

где q_эф – эффективная линейная плотность орошения, м²/с.

q_эф =0,022·10^-3[м²/с]

Доля активной поверхности насадки ψ_а может быть найдена по формуле:

, (16)

где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки.

1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе находят из уравнения:

, (17)

где - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы

;

- критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

- диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

d_Э - эквивалентный диаметр насадки, м;

l – высота элемента насадки, м.

Тогда, учитывая, что , находим β_y:

, (18)

где - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе (азота), м²/сек.

Определим критерий Рейнольдса:

, (19)

где ω - рабочая скорость газа в абсорбере, м/с;

d_Э - эквивалентный диаметр насадки, м;

- плотность газа, кг/м³;

V_св - доля свободного объема, м³/м³;

- вязкость газа, Па^.с.

; ; ;

(при 0⁰С, 3 стр. 552).

Приведем к условиям в абсорбере:

Критерий Прандтля определим по формуле:

, (20)

где - вязкость газа, Па^.с;

- плотность газа, кг/м³;

- коэффициент диффузии этанола в газовой фазе, м²/с.

Коэффициент диффузии этанола в газе можно рассчитать по уравнению:

, (21)

где v_ЭТ и v_Г – мольные объемы этанола и азота, см³/моль;

М_ЭТ и М_Г – мольные массы соответственно этанола и азота;

P – давление (абсолютное), атм.

v_ЭТ и v_Г находим следующим образом.

O=7,4[см³/атом]; C=14,8[см³/атом]; H=3,7[см³/атом]; N=15,6[см³/атом].

v_ЭТ=7,4+14,8·2+3,7·6=59,2[см³/моль] v_Г=15,6 2=31,2[см³/моль];

М_ЭТ и М_Г находим следующим образом.

O=16; C=12; H=1; N=14.

М_ЭТ=16+12·2+1·6=46 М_Г=14·2=28

Определим критерий Прандтля по формуле (20):

Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по формуле (18):

Выразим β_y в выбранной для расчета размерности:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе β_x находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок:

, (22)

где - критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

- диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы;

- диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда β_x (в м/с) равен:

, (23)

- приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.

Определим критерий Рейнольдса:

, (24)

где - плотность орошения, м/с;

- плотность жидкости, кг/м³;

σ - удельная поверхность насадки, м²/м³;

- вязкость жидкости, Па^.с.

Плотность орошения определили по формуле (14):

(3, c. 578)

(3, c. 578)

таблица 1.

Приведенную толщину стекающей пленки жидкости определим по формуле:

, (25)

где - плотность жидкости, кг/м³;

- вязкость жидкости, Па^.с;

- ускорение свободного падения, м/с².

Критерий Прандтля определим по формуле:

, (26)

где - плотность жидкости, кг/м³;

- вязкость жидкости, Па^.с;

- коэффициент диффузии этанола в жидкой фазе (воде), м²/сек.

Коэффициент диффузии этанола в воде определим по формуле:

, (27)

где - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;

M - молекулярная масса растворителя (воды);

T - температура процесса абсорбции, К;

- вязкость воды, мПа^.с;

- молекулярный объем этанола.

Характеристики

Список файлов курсовой работы