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 Г выразим 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/(ρхS),

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.