Рассчитать противоточный насадочный абсорбер (скруббер) для извлечения ацетона из смеси газов (СН3СОСН3+воздух) при следующих условиях:
расход газовой смеси, приведенный к нормальным условиям, составляет V0 =6500 нм3 / ч;
абсорбер орошается водой, не содержащей пары СН3СОСН3;
температура воды, tв=22°С;
процесс абсорбции считать изотермическим и протекающим при температуре равной tв=220С и давлении P=1 ата;
начальная концентрация СН3СОСН3 в газовой смеси составляет ун=6,5% (объемные);
степень извлечения СН3СОСН3, φ=0,92 дол. ед.;
коэффициент избытка поглотителя абсорбента составляет β=1,2;
скорость газа принять на 20 % меньше скорости захлебывания;
скруббер заполнен керамическими кольцами Рашига размером 35×35×4 (мм);
коэффициент смоченности насадки Ψ принять равным единице.
Решение
1 Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
Содержание целевого компонента в газовой фазе на входе в абсорбер, выраженное в относительных молярных концентрациях, определим по формуле пересчета концентраций:
Yн=ун1-ун=0,0651-0,065=0,070 кмоль СН3СОСН3кмоль воздуха
Содержание целевого компонента в газовой фазе на выходе из абсорбера, выраженное в относительных молярных концентрациях, определим по формуле:
Yк=Yн·(1-φ)=0,070·(1-0,92)=0,0056 кмоль СН3СОСН3кмоль воздуха
Запишем уравнение материального баланса абсорбера:
Инертная часть газовой фазы по условию задания – воздух. Объемный расход воздуха V0 возд., при нормальных условиях (Р0=101325 Па, Т0 = 273 К):
V0 воздуха=V0∙(100-ун)100=6500∙100-6,5100=6077,5 м3 воздухач
Молярный расход воздуха G определим, исходя из молярного объема идеального газа при нормальных условиях, равного 22,4 м3/кмоль:
G=V0 ин.г.22,4=6077,522,4=271,317кмоль воздухач
Массовый расход воздуха G-воздуха определим, использую молярную массу воздуха, равную 29 кг/кмоль:
Gвоздуха=G∙29=271,317∙29=7868,2кг воздухач
Количество абсорбтива, перешедшее из фазы в фазу (молярный расход) М, из уравнения материального баланса:
М=G∙Yн-Yк=271,317∙0,070-0,0056=17,473 кмоль СН3СОСН3ч
Массовый расход абсорбтива, переходящего из фазы в фазу, М-, с учетом молярной массы СН3СОСН3, равной 58 кг/кмоль:
М=М∙44=17,473∙58=1013,423 кг СН3СОСН3ч
Начальное содержание абсорбтива в абсорбенте Xн равно 0
. Предельная (равновесная) концентрация абсорбтива в поглотителе Х*(Yн), кмоль СН3СОСН3/кмоль воды, с учетом исходных данных:
Х*(Yн)=Yн/m,
где m – коэффициент распределения; для системы СН3СОСН3+Н2О m=1,68.
Следовательно, получим:
Х*(Yн)=0,070/1,68 =0,042 кмоль СН3СОСН3/кмоль воды
Минимальный молярный расход поглотителя Lmin, кмоль воды/ч, из материального баланса:
Lmin=М/( Х*(Yн)-Хн)=17,473/(0,042-0)=416 кмоль воды/ч
Рабочий молярный расход поглотителя L, кмоль воды/ч:
L=β· Lmin=1,2·416=499,2 кмоль воды/ч
Рабочий массовый расход поглотителя L-, кг воды/ч, с учетом молярной массы воды, равной 18 кг/кмоль:
L=L∙18=499,2∙18=8985,6кг водыч
Конечная концентрация абсорбтива в абсорбенте, Xк, кмоль СН3СОСН3/кмоль воды, из материального баланса:
Хк=Хн+М/L=0+(17,473/499,2)=0,035 кмоль СН3СОСН3/кмоль воды
По результатам выполненных расчетов строим равновесную и рабочую линии процесса абсорбции (рис. 1)
Рис. 4.1 - Равновесная и рабочая линии процесса абсорбции ацетона из его смеси с воздухом
4.2 Расчет движущей силы
Среднюю движущую силу процесса по газовой фазе можно рассчитать по формуле:
∆Ycp=∆Yб-∆Yмln∆Yб∆Yм
Бóльшая и меньшая разности рабочей и равновесной концентраций в газовой фазе в верхнем и нижнем сечениях абсорбера определяются по формулам:
∆Yб=Yн-YХк*;
∆Yм=Yк-YХн*
Расчет ведется в относительных молярных концентрациях
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
