Microsoft Word Vi du tinh toan qua trinh hap phu doc Baøi taäp hấp phụ QTCN MT2 Du Myõ Leä Khoa Moâi tröôøng, ÑHBK TpHCM 1 VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN QUAÙ TRÌNH HẤP PHỤ Ví dụ 1 Haõy xaùc ñònh löôïng nhieät sin[.]
Trang 1VÍ DỤ TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
Ví dụ 1 Hãy xác định lượng nhiệt sinh ra trong một chu kỳ hấp phụ (τ = 133ph) hơi etylic bằng than Đường kính tháp 2m, cao L = 1m; vận tốc ω = 25 m/ph; C0=0,029 kg/m3; C c = 0,0002 kg/m3; ρt = 500 kg/m3
Giải
Lượng khí cần xử lý trong một chu kỳ:
V = ϖ Sτ = 25 0,785 D2 133 = 10440 m3
Lượng hơi được hấp phụ: G = 10400 ( 0,029 – 0,0002 ) = 300 kg
Lượng than Gt = S H ρt = 0,785 D 1 500 = 1570 kg
q = m an
Lượng hơi hấp phụ trên 1 kg than l/kg
kg l
46
4 , 22 1570
300
=
=
m = 3,65.103 ; n = 0,928
q = 245 kJ/kg
Lượng nhiệt phát sinh trong cả chu kỳ :
Q = qGt = 245 1570 = 385000 KJ
Lượng nhiệt này sẽ tiêu hao cho việc làm nóng than, thiết bị thất thoát và chủ yếu làm nóng hỗn hợp khí Nếu giả sử rằng toàn bộ lượng nhiệt này chỉ tiêu hao cho làm nóng than thì nhiệt độ của hỗn hợp sẽ tăng lên:
C V
, 30 3 10 1 , 1 2 , 1 10400
3 10
= ρ
ρ = 1,2 kg/m3 ; C = 1,01.103 [ J/kg.độ]
Ví dụ 2. Thí nghiệm cho thấy khi cho hỗn hợp khí hơi chứa 15g/m3 hơi CCL4 với vận tốc 5m/ph qua lớp than hoạt tính đường kính 3mm, thời gian hấp phụ như sau;
- Nếu chiều dày lớp than là 0,1 m – 220 ph
- Nếu chiều dày lớp than là 0,2 m – 505 ph
Hãy xác định:
a hệ số làm việc an toàn của lớp than
b thời gian thất thoát
Trang 2Bài tập hấp phụ - QTCN MT2
c đặc tính động học B1 và B2
Giải
Công thức tính thời gian làm việc an toàn
τ = K.L - τo
ta có 2 cặp số liệu thực nhiệm τ - K, do đó
220 = K 0,1 - τo
505 = K 0,2 - τo
suy ra K = 2850 ph/m
τo = 65 ph
Đặc tính động học
B1 = K.w = 2850 x 5 = 14250
003 , 0
5 65
d
ω
τ
Ví dụ 3. Với các dữ liệu ở bài 1, cho vận tốc hỗn hợp khí hơi là 10 m/ph, hãy xác
định
a Hệ số làm việc an toàn
b Thời gian mất
c Thời gian làm việc an toàn của lớp than dày 1m
Giải
Ta có đặc tính động học của hấp phụ:
B1 = K.w = const = 14250
K = B1/w = 14250 / 10 = 1425ph/m
dω =
τ0
ph d
B
46 10
003 , 0 48533 2
ω τ
τ = K.L -τo = 1425 x 1 – 46 = 1379ph
Trang 3Ví dụ 4.
Hãy xác định thời gian hấp phụ hơi rượu etilic bằng
than hoạt tính với nồng độ ban đầu Co = 8g/m3,
nồng độ cuối 0,08g/m3, vận tốc hỗn hợp khí w =
12m/ph, chiều cao lớp than L = 0,7 m Các đặc tính
của than: đường kính d = 3mm, chiều dài l = 5mm,
diện tích bề mặt riêng phần f = 720m2/m3, khối
lượng riêng đổ đống ρt = 0,5 g/cm3 Đường đẳng
nhiệt hấp phụ dạng I được mô tả theo hình bên
Quá trình làm việc chủ yếu diễn ra trong vùng II
và được tiến hành ở 25oC, áp suất 1at
Cho Do = 0,102.10-4 m2/s
μ = 0,018.10-3 Pa.s
ρ = 1,2 kg/m3
Giải
Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ
3
kg kg
kg m
g
m
kg kg
kg a
nằm trong vùng II
3 7 , 2 09
, 0 2 , 180 ,
∞
7 , 2
8
y
C
ρ
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
− +
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
0
0
c
C C
C L
a
ρ β
ω ω
τ
00008 , 0
008 , 0 ln 1 00008 , 0
008 , 0 ln 1 60 41
12 7 , 0 10 8 12
80
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
− +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
−
ρ
Ví dụ 5.
Hãy xác định lượng than cần thiết, chiều cao lớp hấp phụ và đường kính tháp hoạt động gián đoạn để hấp phụ hơi xăng trong hỗn hợp không khí Lưu lượng hỗn hợp khí là 3450m3/h, nồng độ xăng ban đầu 0 0,02 3
m
kg
C = Vận tốc hỗn hợp hơi w = 0,23m/s tính trên toàn bộ diện tích tháp, hoạt tính động của than theo xăng là 7%
C a
Trang 4Bài tập hấp phụ - QTCN MT2
(khối lượng), hoạt tính dư sau khi nhả hấp chứa 0,8% (khối lượng), khối lượng riêng đổ đống của than là ρt =500kg/m3 Thời gian nhả hấp, sấy và làm nguội than là 1,45h
Giải
Để hấp phụ xăng trong 1,45h cần một lượng than là
kg a
a
C V
G
d c
1612 008
, 0 07 , 0
45 , 1 02 , 0 3450 0
=
−
=
−
Đường kính thiết bị hấp phụ
m
V D
y
3 , 2 785 , 0 23 , 0 3600
3450 3600
785 , 0
=
ω Chiều cao lớp hấp phụ
D
G H
t
8 , 0 3 , 2 785 , 0 500
1612
785 , 0
=
ρ
Ví dụ 6.
Một thiết bị hấp phụ hoạt động gián đoạn với lưu lượng hỗn hợp kí được xử lý trong
1 chu kỳ là 2000m3, có nồng độ dietylete là 0 0,006 3
m kg
C = ở nhiệt độ 20oC và áp sấut khí quyển, vận tốc khí là w = 13m/ph Nồng độ hỗn hợp khí ở đầu ra là
3 5
10
kg c
C = − Chất hấp phụ là than hoạt tính có đường kính hạt de = 0,004m và khối lượng riêng đổ đống là 500kg/m3 Chiều cao lớp than H = 0,7m, theo đường đẳng nhiệt hấp phụ của benzen ở 20oC Hãy tính:
1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của dietylete
2 Lượng than cần thiết cho 1 chu kỳ hấp phụ
3 Đường kính thiết bị hấp phụ
4 Thời gan hấp phụ đến thời điểm trượt
Giải
1 Xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ:
1
* 1 2
1
* 2 2
2
1
* 1
*
P
P T
T p
p V
V a
Trang 5P* 1, P * 2 là áp suất hơi bão hoà benzen và ete ở nhiệt độ 20 oC, mmHg
T1, T2: nhiệt độ hấp phụ benzen và ete T1 = T2 = 293
2
1
V
V
=
β
089 , 0 879
78
1
1
ρ
M
714
74 2
2
ρ
M V
mmHg
Đẳng nhiệt hấp phụ benzen Đẳng nhiệt hấp phụ ete
0,103 0,105 0,0837 0,0202 0,122 0,223 0,0992 0,1501 0,208 1 0,169 2,2 0,233 3 0,190 10,1 0,262 8 0,212 32,2 0,276 13 0,224 56,9 0,294 19 0,24 88,2 0,308 33 0,258 169,2 0,338 42 0,273 224,5 0,359 50 0,292 275,0
2 Hoạt tính tĩnh của than đối với ete ở nồng độ hỗn hợp ban đầu 0,006 / 3
Xác định từ đồ thị với :
74
848 006 , 0
0 RT = =
C ρy
kg kg
a*0 =0 , 132 /
a Lượng than cần thiết cho một chu kỳ nếu hấp phụ tức thời (vận tốc hấp phụ là
∞)
kg a
C V
132 , 0
006 , 0 2000
0
b Tính đường kính thiết bị :
Trang 6Bài tập hấp phụ - QTCN MT2
H
V
69 , 0 785 , 0 7 , 0
182 , 0 785
, 0
Nồng độ C0 tương ứng vùng 1, thời gian hấp phụ tính theo công thức :
Y
H B L
H
β ϖ
006 , 0
500 132 , 0 0
*
C a
ω = 13 m/ph ; L = 0,7m
005 , 0 006 , 0
00003 , 0
0
=
=
C
βy = 1 , 6 0,54 01,54,46
de
D
y
y
ν ϖ
μy = 0,018.10-3Pa.S ; ρy = 1,2 kg/m3
s m V
y
y
ρ
μ
ω = 13 m/ph = 0,217 m/s
de = 0,004 m
T
T P
P
/ 2 4 10 0864 , 0 3 2
0
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
D0 = 0,028 m2/h = 0,0778.10-4 m2/s
T = 273 + 20 = 293 (oK)
βy = 7,75 ( 1/s)
7 , 118 4 , 69 1 , 188 75 , 7
11000 84
, 1 7 , 0 217 , 0
=
τ
⇒ τ = 14090s = 3,9 h = 234,9 ph
Xác định lượng hỗn hợp khí qua tháp trong một chu kỳ tính theo công thức :
V = 0,785 D2 ωτ = 2000 m2
9 , 234 217 , 0 785 , 0
Lượng than cần thiết cho một chu kỳ :
G = 0,785 D2 Hρt = 190 kg