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);
β
- 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<
/p>
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 ºС.
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;
βу
– коэффициент массопередачи, который вычисляется по формуле (5):
(5)
Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. Так как по рис. VI (стр. 607, [1]) μ = 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 ºС для системы толуол – воздух:
м2
/ч
= 0,197 · 10-4
м/сек
.
Для температуры 20 ºС коэффициент диффузии вычисляется по формуле:
м2
/сек
.
После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:
сек
-1
.
Определяем продолжительность процесса:
τ = 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.