CHƯƠNG 4: BÀI TẬP QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Bài tập 1.. Hơi xăng được hấp phụ hoàn toàn bằng than.. Hãy xác định thời gian hấp phụ và lượng hỗn hợp được xử lý trong 1 chu kỳ.. Một tháp hấp phụ h
Trang 1CHƯƠNG 4: BÀI TẬP QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
Bài tập 1
Trong một tháp hấp phu đứng đường kính D = 1,4m chứa than hoạt tính (ρt = 220kg/m3), chiều cao lớp than L = 1,1m Hỗn hợp khí chứa hơi xăng được cho qua thiết bị với vận tốc 14m/ph, nồng độ ban đầu là C0 =39g m3 Hơi xăng được hấp phụ hoàn toàn bằng than Hoạt tính của than đối với hơi xăng là 7%, than sau khi nhả hấp chứa 0,8% xăng Hãy xác định thời gian hấp phụ và lượng hỗn hợp được xử lý trong 1 chu kỳ
Giải:
Lượng than có trong tháp
G = 0,785.D2.H.ρ = 406kg
Lượng xăng được hấp thụ bởi lượng than bằng:
L = G (ac – ađ) = 406 (0,07 – 0,0008) = 25,2kg
Thời gian hấp phụ
ph D
C
L
28
785 , 0
0
=
=
ω τ
Thể tích khí được xử lý trong 1 chu kỳ là
V = 0,785.D2.w.τ = 604 m3
Bài tập 2
Một tháp hấp phụ hoạt động liên tục có đường kính 200m được dùng để xử lý dòng khí hơi, lưu lượng 66 m3/s Nồng độ ban đầu C0 =0,06g m3 , nồng độ cuối
3 004
,
0 g m
c
C = Cho đẳng nhiệt hấp phụ, cho rằng hoạt tính động của than ở đầu ra bằng 80% hoạt tính tĩnh Cho β = 4 s-1, chất hấp phụ ban đầu có ađ = 4kg/m3 Hãy xác định vận tốc chuyển động của than và chiều cao lớp chất hấp phụ trong tháp
Giải:
Từ đường đẳng nhiệt hấp phụ, khi C0 =0,06g m3 ⇒ a0 = 62,5 kg/m3
Vận tốc chất hấp phụ
ph m a
C k
, 62
06 , 0 35
1
0
=
( ) m ph D
V
35 2
, 0 75 , 0 60
66
785 ,
=
ω
Chiều cao lớp chất hấp phụ
Trang 2=
i i m he
L
1 0
β
ω
β =
=
s
V
m01= 1,12 m02= 1,04 m03 = 1,11 m04 = 1,06 m05 = 1,16 m06 = 1,24
⇒ ∑
=
n
i
i m
1
0 = 6,73
m
4 60
73 , 6
=
Bài tập 3
Theo số liệu thực nghiệm, thời gian hấp phụ hơi clorpirrin (C0 =6,6g m3) bởi lớp than hoạt tính có chiều cao H = 0,05m và tiết diện S = 0,01m2 với vận tốc thể tích
V = 0,03 m3/ph, τ =336ph Theo đường đẳng nhiệ hấp phụ a*
0 = 222kg/m3, đường kính hạt than de = 1,5mm Hãy xác định:
a hệ số làm việc an toàn
b thời gian thất thoát τo
c Đặc tính động học B1 và B2
Giải:
Ta có hệ số làm việc an toàn
0
* 0
C
a K
ω
=
ph
m
S
V
3 01 ,
0003 =
=
=
ω
10 6 , 6 3
222
3 0
*
C
a K
ω ph/m = 187h/m Thời gian mất
τo = K.H -τ = 187 0,05 – 336 = 224 ph
Hệ số B1và B2
B1 = K.w = 1120.3 = 33600
259000 0015
, 0
3 224
0
de
Bài tập 4
Trong bài 3 nếu cho w = 6m/ph Hãy xác định
a Hệ số an toàn K
b Thời gian mất
c Thời gian hấp phụ của lớp than dày H = 0,1m
Trang 3Giải:
Do B1 và B2 là hằng số B1 =Ki wi ⇒ K2 = B1/w = 33600/6 = 5600 ph/m
Thời gian mất
ph de
B
159 6
0015 , 0 259000
2
ω τ
Thời gian hấp phụ tính theo phương trình Silov
τo = K.H -τ = 5600 0,1 – 159 = 401 ph
Bài tập 5
Cho đường hấp phụ đẳng nhiệt hỗn hợp hơi etylic (70%) và dietyl ete ( 30% ) Hãy xác định thời gian hấp phụ hỗn hợp này bằng lớp than cao L = 1m Nồng độ hỗn hợp ban đầu C0= 0,072 kg/m3, nồng độ trung bình ở đầu ra là: C = 0,0001 kg/m3 Vận tốc hỗn hợp hơi ω = 12 m/ph Đường kính than hoạt tính de = 0,004m, khối lượng riêng đổ đống ρt = 500kg/m3 , nhiệt độ hấp phụ 200C , áp suất khí quyển
Giải
Theo đường hấp phụ đẳng nhiệt, xác định hoạt tính cân bằng a0* tương ứng
0
C = 0.072 kg/m3
P0 = C0RT = 0,072 20mmHg
10330
760 293 6 , 65
848
=
Mhh = 0,3 46 + 0,7 74 = 65,6 kg/kmol
Tra đồ thị : a0* = 0,2 kg/kg = 100 kg/m3 thuộc vùng 3
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
0
*
C
C y
C L C
a
β ϖ
τ
Tính βy
Hệ số khuyếch tán etylic ở 00C : D01 = 0,028 m2/h = 0,0778.10-4 m2/s
Hệ số khuyếch tán dietyl ete ở 00C : D02 = 0,0367 m2/h = 0,1019.10-4 m2/s
Ở 200C tính cho hệ số khuyếch tán đối với giá trị nhỏ nhất :
Dy = D01
2 / 3 2
/ 3
0
0
273
293 1
1 028 ,
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
T
T P P
= 0,0312 m2/h = 0,0866.10-4 m2/s
γy = 0,15.10-4 m2/s ; ω = 12 m/ph = 0,2 m/s
βy = 7,43
Thời gian hấp phụ :
Trang 4τ = ⎥=
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
0001 , 0
072 , 0 ln 4 , 7
2 , 0 1 072 , 0 2 ,
0
100 5900 s = 1h 38ph
Bài tập 6
Tháp hấp phụ hoạt động liên tục đường kính D = 0,32m dùng để xử lý dòng hỗn hợp hơi lưu lượng 120m3/h Ở đầu vào, than chứa a0 = 4 kg/m3 cấu tử được hấp phụ,
Ở đầu ra, a0 = 30 kg/m3 Hệ số truyền khối βy = 5 1/s cho đường đẳng nhiệt hấp phụ Xác định vận tốc và chiều cao lớp than
Giải
Vận tốc chuyển động của lớp than :
s m a
C k
34
415 , 0 105 , 0
* 0
0 1
=
=
=
s m D
V
/ 415 , 0 2 785 , 0 3600
=
=
ω
3
*
0 34kg/m
Dựng đường làm việc qua 2 điểm :
A ( C0 = 0,105 kg/m3 ; ac = 30 kg/m3 )
B ( C c = 0,0065 kg/m3 ; ad = 4 kg/m3 )
Xác định hệ số bậc truyền khối trên đồ thị N = 5
Đối với mỗi bậc xác định số đơn vị truyền khối moi
905 , 0 053 , 0 105 , 0
) 0815 , 0 105 , 0 ( 2
* 2 0
1 0 2
−
−
=
−
−
=
C C
C C m
065 , 1 028 , 0 0815 , 0
) 053 , 0 0815 , 0 ( 2
−
−
=
m
205 , 1 0115 , 0 053 , 0
) 028 , 0 053 , 0 ( 2
−
−
=
m
535 , 1 0065 , 0 028 , 0
) 0115 , 0 028 , 0 ( 2
−
−
=
m
335 , 1 004 , 0 0115 , 0
0065 , 0 0115 , 0 2
−
−
=
m
m0 = 6,045
1 0 =
∑
=
N
m
S
V
5 , 0 045 , 6 415 , 0
=
=
β
Trang 5Bài tập 7
Hãy xác định chiều dài vùng thiết kế của lớp Zeolit ( de = 0.002 m) và chiều cao
tháp sấy khí (C = 2,94.10-6 kg/m3 ) ở các điều kiện sau : chiều cao lớp hấp phụ
0,26m, C0 = 0,01 kg/m3 , vận tốc dòng khí 0,5m/s, thời gian bão hoà τbh = 190ph, τ1
– thời gian làm việc an toàn τ = 110ph
Giải
bh t bh
) 110 190 ( 5 , 0 190
110 190 26
, 0 ) )(
1
−
−
−
=
−
−
−
−
τ τ τ
τ τ