Материал: 522103
Коэффициент молекулярной диффузии этанола в воде ( Dx20 ) при
20 С определяем как, [2, ]:
x 20 mвода vвода
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Dx20 10 |
6 |
|
|
|
|
|
mвода |
|
mэт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
А В |
|
|
|
v 13 |
|
|
|
13 |
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
20 |
v |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
вода |
|
|
|
эт |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.08 10 |
9 |
м |
2 |
/ c |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
1.24 4.7 |
|
|
|
|
|
18.2 13 |
59.2 13 2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
1.05 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
где А, В - численные коэффициенты, [2];
1.05 мПа С - вязкость воды при 20 С, [2];
18 кг / кмоль - мольная масса воды, [2];
18.2 м3 / кмоль- мольный объём воды, [2].
Коэффициент молекулярной диффузии этанола в воде при рабочей температуре ( ср )рассчитаем по формуле [2]:
D |
D |
|
|
|
|
1 b |
|
|
20 1.08 10 9 |
1 0.02 38.82 20 1.5 10 9 |
м2 / с |
||||||||
x |
|
|
x20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
||||||||
где b – коэффициент, определяемый как: |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0.2 |
|
|
|
x 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
b |
|
|
|
|
|
0.2 |
1.05 |
|
0.02 К 1 , |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
x 20 |
|
3 1000 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x 20 1000 кг / м3 - плотность воды при 20 С, [2] Критерий Прандтля ( Prx' ) для жидкой фазы равен:
' |
x |
|
6.92 10 4 |
|
|
Prx |
|
|
|
462.5 . |
|
x Dx |
1000 1.5 10 9 |
||||
|
|
|
Определим приведенную толщину пленки жидкости, входящую в формулу 52:
|
|
|
2 |
0.33 |
прив |
|
|
x |
|
|
2 |
|
||
|
|
|
x g |
|
|
|
|
6.92 10 |
4 |
2 |
0.33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.68 |
10 5 |
м . |
|
|
|
|
|
|
||||
|
10002 9.81 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле 52 найдём частную высоту единицы переноса по жидкой фазе ( hx ):
36
|
1 |
|
1 m |
' 1 n |
|
1 |
|
|
|
5 |
1 0.77 |
1 0.5 |
|
hx |
|
прив |
Re x |
( Prx ) |
|
|
|
3.68 |
10 |
|
116.8 |
462.5 |
|
4c |
4 0.021 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0.272 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Общую высоту единицы переноса ( hoy )рассчитаем по формуле 36,
определим для этого тангенс угла наклона касательной к равновесной линии ( myx ) при средней относительной мольной доле этанола в воде.
При X |
ср |
|
X |
н X |
к |
|
0 0.042 |
0.021 m |
yx |
0.94 . |
|
2 |
|
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найдем удельный расход жидкой фазы (l):
l |
L |
|
0.318 |
|
2.13 кмоль / кмоль , |
|
|||||
G |
0.149 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
h |
h |
y |
|
myxhx |
0.456 |
|
0.94 0.272 |
0.576 м . |
|||
|
|
|
|
||||||||
oy |
|
|
|
l |
|
|
|
2.13 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7.9.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ЕДИНИЦ ПЕРЕНОСА
Общее число единиц переноса определим по формуле 42. Найдём
1
численные значения функции Y Y* . Для этого в рабочем диапазоне ра-
бочих концентраций X (относительная мольная доля этанола в воде) , в данном примере расчета от X Н 0 до X К 0.042 возьмём несколько зна-
чений (не менее 7) и определим для них равновесную относительную
мольную долю этанола в воздухеY* по таблице 1 и рабочую относительную мольную долю этанола в воздухе Y по уравнению рабочей линии. По-
лучим численное значение интеграла noy |
Yн |
dY |
|
|
|
|
с помощью Mathcad, |
||
Y Y* |
||||
|
Y |
|
||
|
к |
|
|
так же можно воспользоваться численным методом подробно описанным в
[1].
Вариант применения Mathcad
В данном варианте Y- равновесная концентрация, а Yri – рабочая концентрация
37
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.01 |
|
|
|
|
0.471 |
|
|
|
|
2.564 |
|
|
|
2.148 |
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
X |
|
3 |
|
10 |
Y |
|
3.2 |
|
10 |
|
|
3.5 |
|
|
|
|
4.5 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 0 6 |
|
|
4.25 |
|
|
|
|
6.2 |
|
|
|
i 0 |
6 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Yri 0.01 2.31Xi |
Ybi |
1 |
|
|
|
|
(Yr)i |
Yi |
KS cspline(Yr Yb) |
||
|
|
||||
9.82 10 2
f (X) dX 4.138
0.01 10 2
f (X) interp(KS Yr Yb X)
noy 4.138
7.9.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЛОЯ НАСАДКИ
Высоту слоя насадки определим по формуле 34:
H hoy noy 4.138 0.576 2.383 м 2.4 м .
Общее гидравлическое сопротивление слоя насадки рассчитаем по формуле 55:
ΔPк ΔPн H 300 2.4 720 Па .
7.9.4 ВЫСОТА КОЛОННЫ
Общую высоту колонны с учетом сепарационного пространства над насадкой и расстояния между днищем колонны и насадкой найдём по формуле 54. В нашем случае слой насадки будет один (n=1), так как H< 3 м, а для рассчитанного диаметра колонны zв 1 м , zн 2 м .
H к=H+(n-1)hp zв zн 2.4 1 2 5.4 м
38
ЛИТЕРАТУРА
1.Фролов В. Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» / В. Ф. Фролов. СПб.: ХИМиздат, 2003. – 608
2.Романков П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): учеб. пособие для вузов / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк. – 3-е изд., испр. – СПб. : ХИМИЗ-
ДАТ, 2009. – 496 с.
3.Рамм В.М. Абсорбция газов / В.М. Рамм. 2-е изд. М.: Химия, 1976.
-656 с.
4.Яблонский П.А., Озерова Н.В. Проектирование тепло- и массообменной аппаратуры химической промышленности/ П.А. Яблонский, Н.В. Озерова. Л.: 1984. - 82 с.
5.Хоблер Т. Массопередача и абсорбция / Т. Хоблер. Пер. с польского. Под ред. П.Г. Романкова. Л.: Химия, 1964 - 480 с.
6.Плановский А.Н. Процессы и аппараты / А.Н. Плановский, В.Н. Рамм, С.З. Каган. - 5-е изд. М.: Химия, 1968 - 848 с.
7.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд., перераб. и
доп. М.: Химия, 1991. 494 с.
8.Коган В.Б. Равновесие между жидкостью и паром/ В.Б. Коган,
В.М. Фридман, В.В. Казаров. М.-Л.: Наука, 1966 Кн. 1-2. - 640с, - 786с. 9. Людмирская Г.С. Равновесие жидкость – пар / Г.С.Людмирская,
Т.А. Барсукова, А.М. Богомольский Л.: Химия, 1987. - 336с.
39
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение ......................................................................................................... |
3 |
|
1 Задание на проектирование ....................................................................... |
5 |
|
2 Материальный и тепловой баланс адиабатической абсорбции ............ |
6 |
|
2.1 |
Построение равновесной линии ............................................................ |
8 |
2.2 |
Определение конечной концентрации поглощаемого компонента в |
|
газе .................................................................................................................. |
8 |
|
2.3 |
Расчет количества поглощаемого компонента .................................... |
8 |
2.4 |
Определение теоретически минимального расхода |
|
поглотителя Lмин .......................................................................................... |
9 |
|
2.5 |
Определение расхода поглотителя L .................................................... |
9 |
2.6 |
Построение рабочей линии ................................................................... |
9 |
2.7 |
Расчет конечной температуры жидкости.............................................. |
10 |
2.8 |
Определение количества теплоты ......................................................... |
10 |
3 Абсорбция с рециркуляцией жидкости ................................................... |
11 |
|
4 Абсорбция с промежуточным отводом теплоты .................................... |
13 |
|
5 Гидравлический расчет абсорбционных насадочных колонн .............. |
14 |
|
5.1 |
Определение скорости газа .................................................................... |
14 |
5.2 |
Определение диаметра колонны ........................................................... |
18 |
5.3 |
Расчет плотности орошения и доли активной поверхности насадки. |
18 |
5.4 |
Расчет гидравлического сопротивления слоя насадки ....................... |
18 |
6 Расчет высоты колонны ............................................................................. |
19 |
|
6.1 |
Определение кинетических параметров и высоты насадки ............... |
19 |
6.1.1 Расчет по уравнению массопредачи .................................................. |
19 |
|
6.1.2 Расчет высоты насадки через общее число единиц переноса и |
|
|
общую высоту единицы переноса по газовой или по жидкой фазе ........ |
21 |
|
6.1.3 Расчет высоты слоя насадки через число теоретических ступеней |
|
|
изменения концентраций .............................................................................. |
22 |
|
6.2 |
Определение общей высоты колонны и общего гидравлического |
|
сопротивления ............................................................................................... |
25 |
|
7 Пример расчета насадочного абсорбера .................................................. |
26 |
|
7.1 |
Построение равновесной линии абсорбции этилового спирта .......... |
26 |
7.2 |
Расчет количества поглощаемого компонента .................................... |
28 |
7.3 |
Определение теоретически минимального расхода воды .................. |
29 |
7.4 |
Определение рабочего расхода воды и конечной концентрации |
|
спирта в воде .................................................................................................. |
29 |
|
7.5 |
Построение рабочей линии .................................................................... |
30 |
7.6 |
Расчет конечной температуры жидкости и количества выделяюще- |
|
гося тепла ....................................................................................................... |
31 |
|
7.7 |
Определение массового расхода воздуха и воды ................................ |
31 |
40