Рассчитать адсорбционную установку периодического действия, работающую по четырехфазному циклу, для улавливания паров примеси (хлороформ)

Рассчитать адсорбционную установку периодического действия, работающую по четырехфазному циклу, для улавливания паров примеси (хлороформ) из воздуха активным углем марки СКТ при следующих условиях: расход паровоздушной смеси V=88000 м3/ч; температура паровоздушной смеси t=140С; атмосферное давление 735 мм.рт.ст=98100 Па; начальная концентрация примеси в воздухе ун=0,0090 кг/м3; допустимая концентрация примеси за слоем адсорбента ук=0,00040 кг/м3; тип аппарата – кольцевой адсорбер; принять, что сопротивление массопередаче сосредоточено в газовой фазе.

В кольцевом адсорбере толщина слоя адсорбента определяется размерами концентрических решеток, заключающих угольную шихту. Принимаем для последующего расчета установку, состоящую из двух параллельно работающих адсорберов со следующими размерами концентрических решеток: Dнар=3 м; Dвн=1,6 м. Высота решеток Н=6 м. Тогда высота (толщина) слоя адсорбента Нсл= (3,0-1,6)/2=0,7 м. Объемный расход паровоздушной смеси, подаваемой в один адсорбер, составит: 88000/2=44000 м3/ч.
Эта высота значительно превышает высоту работающего слоя (зоны массопередачи), что исключает возможность проскока адсорбтива. Высота слоя, большая высоты зоны массопередачи, определяет только его гидравлическое сопротивление и продолжительность стадии адсорбции.
Высота решеток, обеспечивающая сечение, через которое проходит исходная смесь, определяется производительностью аппарата и скоростью газового потока.
Для последующего технологического расчета адсорбера строим изотерму адсорбции заданного процесса в координатах Х-У.
Для расчета координат точек изотермы адсорбции хлороформа активным углем СКТ используем данные по стандартному веществу (бензолу, табл. 1).
Таблица 1 – Координаты точек изотермы адсорбции бензола активным углем СКТ
х1, кг/м3 у1, кг/м3
60,0 0,000085
125,6 0,000213
174,0 0,000850
178,0 0,004270
185,1 0,012805
188,0 0,017060
193,4 0,024400
198,0 0,025610
Используя справочные данные, определяем коэффициент аффинности и рассчитываем ординаты фазовой диаграммы.
Для определения соответствующих абсцисс фазовой диаграммы используем следующие формулы:
х2=х1∙1β;
lgу2=lgун2-β∙Т1Т2∙lgун1у1,
где β - коэффициент аффинности; β=0,86 (хлороформ);
х1, х2 - значения абсцисс изотерм стандартного вещества (бензола) и заданного (хлороформ);
ун1, ун2– концентрации поглощаемого компонента в газовой фазе, соответствующие условиям насыщения, кг/м3;
Т1, Т2 – температуры стандартного и заданного веществ, К;
Значения ун1, ун2 рассчитываем, согласно заданию, по формуле:
ун =P∙МR∙T
где Р – давление насыщенного пара стандартного (заданного) вещества при температуре Т;
М – молекулярная масса извлекаемого компонента, кг/моль; М (CHCl3)=119,5·10-3 кг/кмоль.
По справочной диаграмме находим, что при 140С (287 К) давление насыщенного пара бензола составляет 55 мм.рт.ст (7331,5 Па), хлороформа – 150 мм.р.т.ст (19995 Па).
ун1=7331,5∙119,5∙10-38,31∙287=0,367кгм3
ун2=19995∙119,5∙10-38,31∙287=1кгм3
Тогда уравнения для расчета координат точек фазовой диаграммы примут следующий вид:
х2=х1∙10,86;
lgу2=lg1-0,86∙293287∙lg0,367у1
Результаты расчетов обобщены в табл