Розрахунок основного обладнання

4 РОЗРАХУНОК  ОСНОВНОГО ОБЛАДНАННЯ

4.1 Вибір типу абсорбера та абсорбенту

Спроектувати  абсорбційну установку безперервної дії для поглинання метанолу з  його суміші з повітрям. Тип колони – тарілчастий. Колона працює під  атмосферним тиском . Початкова суміш  містить у= 4% об. метанолу, ступінь  абсорбції компоненту с = 92%. Витрати  початкової суміші V=1. Рівняння робочої лінії . Газова суміш і абсорбент охолоджуються до температури абсорбції t=30водою в холодильнику.

 

4.2 Розрахунок матеріального балансу  процесу абсорбції

 

Розраховую  початкову концентрацію метанолу в повітрі на вході:

 

                    

,                                             (4.1)

 

     де – початковий вміст метанолу в газі , % об.

Розраховую:

 

                          =

 

Розраховуємо  кінцевий вміст метанолу в повітрі на виході:

 

                         , ,                               (4.2)

 

де  – ступінь абсорбції компоненту, %.

 

 

Розраховую:

 

 

                         

Переводжу відносні мольні концентрації в відносні масові концентрації:

 

                                                                                    (4.3)          

                             

                                                                                   (4.4)

Розраховую:

 

 

                                 

 

                      

Концентрацію  метанолу у воді, що подається у верхню частину абсорбера приймаю Х_в=0.

  Витрати інертного носія (повітря)  за н.у. визначаю за формулою:

 

                                                                               (4.5)

 

де  – витрати газової суміші, м³/с;                                                 

       – густина повітря за нормальних умов, кг/м³ .

 

Тоді:

                                кг/с.

 

Концентрація  метанолу, що витікає з водою з низу абсорбера визначаю з рівняння матеріального балансу:

 

                                        ,

 

                                     ,                                        (4.6)                             

 

де – витрати абсорбенту, м³.

Для цього визначаю мінімальні витрати  абсорбенту графічним методом:

 

                                         ,                                 (4.7)

 

де   – рівноважна концентація метанолу в воді, що визначається з графіка (рисунок 4.1) при, .

Для побудови робочої лінії на у –  х діаграмі переводжу  в % мол.:

 

 

 

 

 

З графіка  кмоль метанолу/кмоль повітря, або в відносній масовій концентрації :

 

                                                                    (4.9) 

            

                            = 0,093 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 –  робоча лінія; 2 – рівноважна лінія;

Рисунок 4.1 – Графік у – х для визначення робочої і рівноважної лінії  абсорбера.

 

Тоді:

                      = 0,566 кг/с.

 

Приймаю коефіцієнт надлишку поглинача  [4, с 291].

Розраховую  витрати абсорбенту  з врахуванням  надлишку за формулою:

                                    

                                       кг/с.                                           (4.10)

 

Розраховую:

 

                                  , кг/с.

     

Тоді  концентація буде:       

 

  = 0,07637

 

Переводжу  в мольні долі:

 

                              ,                                (4.11)

 

  = 0,041 .

 

 

 

Визначаю  співвідношення фаз і питомі витрати  в поглинача за формулою:

 

                                           ,                                            (4.12)

 

                                  = 0,555 .  

 

Визначаю  рушійну силу абсорбції внизу  абсорбера за формулою:

 

                                            ,                                        (4.13)

 

де  – значення концентрації метанолу в повітрі, що визначається за        x –y діаграмою і дорівнює  0,035 кмоль метанолу/кмоль повітря.

  Переводжу в відносну масову концентрацію:

 

                                                                  (4.14)

 

                      = 0,04

 

Тоді:

 

                .

 

 

 

Розраховую рушійну силу абсорбції у верхній частині абсорбера за формулою:

 

                                              ,                                      (4.15)

 

де  – рівноважна концентрація при , за даних умов дорівнює                    0 кмоль метанолу/кмоль повітря .

Тоді:

 

                          

 

Визначаю середню рушійну силу абсорбції за рівнянням:

 

                                 ,                                   (4.16)

 

Тоді:

 

                          .

 

Розраховую  продуктивність абсорбера по компоненту, що поглинається:

 

                                                                                      (4.17)

Тоді:

 

 кг/с.