Расчет концентрации бензола в поглотительном масле. Определение расхода греющего пара

Задача 1

бензол абсорбер пар масло

Абсорбер для улавливания паров бензола из парогазовой смеси орошается поглотительным маслом с мольной массой 260 кг/кмоль. среднее давление в абсорбере Рабс.
=800 мм.рт.ст., температура 40°С. Расход парогазовой смеси 3600 м3
/ч (при рабочих условиях). Концентрация бензола в газовой смеси на входе в абсорбер 2% (об.); извлекается 95% бензола. содержание бензола в поглотительном масле, поступающем в абсорбере после регенерации 0,2% (мол.). Расход поглотительного масла в 1,5 раза больше теоретически минимального. Для расчета равновесных составов принять, что растворимость бензола в масле определяется законом Рауля. При концентрациях бензола в жидкости до х=0,1 кмоль бензола/кмоль масла равновесную зависимость Y*=f(х) считать прямолинейной.

Определить:

1) Расход поглотительного масла в кг/ч;

2) Концентрацию бензола в поглотительном масле, выходящем из абсорбера;

3) Диаметр и высоту насадочного абсорбера при скорости газа в нем (фиктивной) 0,5 м/с и высоте единицы переноса (ВЕТТ) hоу
=0,9 м;

4) Высоту тарельчатого абсорбера при среднем к.п.д. тарелок 0,67 и расстояние между тарелками.

1. Концентрация бензола в поглотителе на выходе из абсорбера и расход поглотительного масла

Массу паров бензола (Б), переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси (Г) в поглотитель (М) за единицу времени, находят из уравнения материального баланса:

,

где L, G – расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с; - конечная и начальная концентрация бензола в поглотительном масле, кг Б/кг М; - начальная и конечная концентрация бензола в газовой фазе, кг Б/кг Гвыразим составы фаз, нагрузки по газу и жидкости в выбранной для расчета размерности:

; ,

Где ρ0у
– средняя плотность парогазовой смеси при нормальных условиях. Принимаем плотность парогазовой смеси равной плотности коксового газа, ρ0у
=0,44кг/м3
.

Пересчитаем объемные концентрации в массовые. Пересчитаем объем парогазовой смеси для нормальных условий.

V0
=Р·V·Т0
/(Т·Р0
)=800·3600·273/(313·740)=3394,5 м3
/ч, что соответствует 3394,5/22,4=151,54 кмоль/ч и 3394,5·0,44=1493,6 кг/ч. Таким образом, ун
=67,89 м3
/ч=3,031 кмоль/ч=236,4 кг/ч=15,8% (по массе); при 95% поглощении ук
=0,93% (по массе)

Получим:

кг Б/кг Г

кг Б/кг Г

моль Б/кг М

Для перевода объемной мольной концентрации в относительную массовую воспользуемся формулой:

МА
=260 кг/кмоль, ρ - плотность поглотительного масла, примем 900 кг/м3

кг Б/кг М

Расход поглотительного масла L принят в 1,5 раза больше минимального Lmin
:

Отсюда:

,

где - концентрация бензола в жидкости, равновесная с газом начального состава. По условию задачи зависимость равновесной концентрации прямолинейна и равна 0,1 кмоль Б/кмоль Г.

Расход инертной части газа:

G=V0
(1-уоб
)·(ρ0у
–ун
),

Где уоб
– объемная доля бензола в газе, равная 2%, то есть 0,02 м3
Б/ м3
Г

G=3394,5·(1-0,02)·(0,44-0,0093)=1432,77 кг/с

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:

М=G·()=1432,77(0,56-0,0216)=771,4 кг/с

Расход поглотителя:

L=М/()=771,4/(0,067-0,00002)=11516,8 кг/с

Соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя:

l=L/G=11516,8/1432,77=8,04 кг/кг

2. Диаметр и высота насадочного абсорбера

Фиктивная скорость газа в абсорбере известна ω=0,5 м/с

V=3600 м3
/ч=1 м3
/с

м

Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера d=1,6 м.

Выбираем регулярные насадки фирмы Зульцер Хемтех удельная поверхность σ=235 м2
/м3
, свободный объем ε=0,9 м3
/м3
, эквивалентный диаметр dэ
=0,015 м, насыпная плотность 490 кг/м3
, число штук на 1 м3
52 000.

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

U=L/(ρх
S),

где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м2
.

U=11516,8/3600/900/0,785/1,6=1,77·10-3
м3
/(м2
·с)

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения Umin
, выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов эта величина будет равна:

Umin
=а·qэф
,

где qэф
=0,022·10-3
м2
/с – эффективная линейная плотность орошения

Umin
=235·0,022·10-3
=5,17·10-3
м3
/(м2
·с)

Условие удовлетворяется и коэффициент смоченности насадки ψ примем равным 1.

Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи:

,

где Кх
Ку
– коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазе, кг/(м2
·с)поверхность контакта фаз в абсорбере при пленочном режиме работы можно выразить также через высоту единицы переноса (ВЕП):

F=Нн
·S·σ·ψ,

где Нн
– высота слоя насадки, м; S – площадь поперечного сечения аппарата; σ – удельная поверхность сухой насадки, м2
/м3
; ψ – коэффициент смоченности насадки, безразмерный.

Нн
=hоу
·nоу
,

где hоу
– высота единицы переноса; nоу
– общее число единиц переноса.

hоу
=G/(Ку
·S·σ·ψ),

откуда:

Ку
=G/(hоу
·S·σ·ψ)

σ=235 м2
/м3
, S=πD2
/4=2,01 м2
; ψ=1

Ку
=1432,77/(0,9·2,01·235·1)=3,37 кг/(м2
·с·кг/кг Г)

Движущая сила в соответствии с основным уравнением массопередачи 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 концентраций газовой фазы

,

где и – большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг Б/кг Г.

В данном случае: