Расчет адсорбера периодического действия
СОДЕРЖАНИЕ: Ординаты и абсциссы точек изотермы толуола. Молярный объем толуола. Определение статической активности угля по толуолу. Нахождение кинематического коэффициента вязкости воздуха. Определение количества паро-воздушной смеси, проходящей через адсорбер.для улавливания паров толуола из воздуха
Решение. Ординаты и абсциссы точек изотермы толуола вычисляются по формулам (1) и (2):
(1)
(2)
где a 1 * и a 2 * - концентрации адсорбированных бензола и толуола, кг/кг ;
V1 и V2 – молярные объемы бензола и толуола в жидком состоянии, м3 ;
p 1 и p 2 – парциальное давление паров бензола и толуола, мм рт. ст ;
pS -1 и pS -2 – давление насыщенных паров бензола и толуола при 20°С, мм рт. ст.;
T1 и Т2 - абсолютная температура бензола и толуола при адсорбции (в данном случае Т1 — Т2 = 293° К);
- коэффициент аффинности.
Молярный объем бензола:
м3
/кмоль
.
Молярный объем толуола:
м3
/кмоль
.
Коэффициент аффинности:
.
На изотерме бензола берем ряд точек
Первая точка : a 1 * = 0,25 кг/кг ; p 1 = 8 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Вторая точка : a 1 * = 0,30 кг/кг ; p 1 = 57 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Третья точка : a 1 * = 0,15 кг/кг ; p 1 = 1 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Четвертая точка : a 1 * = 0,28 кг/кг ; p 1 = 20 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
Пятая точка : a 1 * = 0,20 кг/кг ; p 1 = 2,5 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Шестая точка : a 1 * = 0,26 кг/кг ; p 1 = 10 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Седьмая точка : a 1 * = 0,22 кг/кг ; p 1 = 3,5 мм рт. ст . Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме толуола:
откуда
Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.
Таблица 1
| Изотерма бензола | Изотерма толуола | ||
| a1 * , кг / кг | p1 , мм рт. ст | a 2 * , кг / кг | p 2 , мм рт. ст |
0,15 0,20 0,22 0,25 0,26 0,28 0,30 |
1 2,5 3,5 8 10 20 57 |
0,15 0,20 0,22 0,25 0,26 0,28 0,30 |
0,12 0,37 0,55 1,48 1,94 4,46 15,65 |
По найденным точкам строим изотерму толуола для 20 С.
Определим с помощью изотермы статическую активность угля по толуолу при концентрации паро-воздушной смеси 
Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, соответствующее 
по формуле (3):
(3)
По диаграмме абсциссе p 0 = 1,4 мм рт. ст. соответствует ордината a 0 * = 0,248 кг/кг .
Количество активного угля на одну загрузку составляет:
Диаметр адсорбера вычисляется из равенства:
откуда
Так как на изотерме точка, соответствующая исходной концентрации паро-воздушной смеси 
находится в первой (прямолинейной) области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4):
(4)
где 
скорость газового потока;
H = 0,75 – высота слоя угля;
b – функция, определяемая по табл. 8-3 (стр. 448, [1]) для
значение b = 1,84;
у – коэффициент массопередачи, который вычисляется по формуле (5):
(5)
Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. Так как по рис. VI (стр. 607, [1]) = 0,018 · 10-3 н · сек/м2 , то
м2
/
сек.
Тогда:
Диаметр частицы угля d з = 0,004 м , и значит
Скорость 
следовательно:
Коэффициент диффузии при 0 С для системы толуол – воздух:
м2
/ч
= 0,197 · 10-4
м/сек
.
Для температуры 20 С коэффициент диффузии вычисляется по формуле:
м2
/сек
.
После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:
сек
-1
.
Определяем продолжительность процесса:
= 622 = 3844 сек = 64 мин = 1,07 ч .
Определим количество паро-воздушной смеси, проходящей через адсорбер за 64 мин :
м3
.
По данным на проектирование, за один период через адсорбер должно пройти 2200 м3 . Следовательно, диаметр адсорбера следует увеличить:
Необходимо также увеличить количество активированного угля на одну загрузку:
кг
.
Список используемой литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие. 6-е изд., доп. и перераб. Л.: Химия, 1964. 634 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского 2-ое изд. доп. и перераб.- М/Химия. 1991 г.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник, 9-е изд. доп. и перераб. – М.:Химия, 1978. 783 с.
4. Кузнецов А.А. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. – М.:Химия, 1983. – 233 с.
5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Государственное изд-во физико-математической литературы «Физматгиз». 1963. 708 с. с ил.