ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет числа теоретических ступеней из "Основные процессы и аппараты химической технологии Изд.2" Расчет числа теоретических ступеней проводят с помощью одного из уравнений (3.22), в зависимости от вида используемых концентраций, и уравнений (3.17) — (3.21), которые должны соблюдаться для всех ступеней (т. е. для каждого п). Возможная схема расчета показана на рис. 3.2. Расчет начинают с того, что из исходных данных, включающих начальные расходы и составы фаз и конечную концентрацию распределяемого компонента в той фазе, из которой его извлекают, на основе материального баланса процесса определяют конечный состав другой фазы и конечные расходы обеих фаз. Далее, последовательно, от ступени к ступени, определяют составы фаз, выходящих со всех ступеней. Концентрации в газовой фазе (при абсорбции или десорбции) или в экстрагенте (при экстракции) находят из уравнения (3.22), а состав другой фазы — из уравнений (3,17) — (3.21). Расчет продолжают до тех пор, пока концентрация у не станет меньше (при абсорбции) или, наоборот, не превысит г/к (при десорбции и экстракции). Номер ступени, при которой это условие удовлетворяется, равен числу теоретических ступеней Л т, при котором может быть обеспечена заданная степень извлечения распределяемого компонента. Если составы фаз выражают в кг/м или кмоль/м , то необходимы данные по плотности фаз, которые требуются для определения расходов на всех ступенях из уравнений (3.21), если в процессе массообмена происходит существенное изменение объемов фаз. Алгоритм расчета, показанный на рис. 3.2, часто выполняют графически, строя ступенчатую линию между рабочей линией и линией равновесия [1]. [c.91] Пример 1. Извлечение брома из водного раствора, содержащего 1 % (масс.) брома, производят экстракцией тетрахлоридом углерода. Определить, какому числу теоретических ступеней должен быть эквивалентен аппарат для извлечения 95 % брома. Расход водного раствора 15 кг/с, экстрагента 1,2 кг/с. На входе в экстрактор тетрахлорид углерода не содержит брома. Взаимной растворимостью воды и экстрагента пренебречь. Температура 25 °С. [c.91] Как видим, концентрация брома в экстрагенте, выходящем с 5-й ступени, превышает его конечную концентрацию. Следовательно, для данного процесса требуется аппарат, эквивалентный приблизительно пяти теоретическим ступеням. [c.93] Пример 2. Очистку водорода от СО2 производят абсорбцией под давлением 2 МПа водой, содержащей 0,001 % (мол.) СО2 (см. примеры 4 и 5). Из абсорбера выходит 4,44 кмоль/с раствора, содержащего 9,14-10 мол. доли диоксида углерода. Выделение поглощенного СО2 проводят десорбцией за счет дросселирования до давления 1 ат (9,81-10 Па) с последующей продувкой воздухом. Считая, что дросселирование протекает в равновесных условиях, определить, до какого значения уменьшится содержание СО2 после дросселирования и при каком расходе воздуха (содержащего 0,05 % (мол.) СО2) концентрация диоксида углерода в воде может быть снижена до 0,001 % (мол.) в аппарате, эквивалентном одной теоретической ступени. Принять, что обе стадии десорбции протекают при 25 °С. Испарением воды и растворимостью воздуха пренебречь. [c.93] При расчете неизотермических процессов кроме параметров, характеризующих входные потоки, в качестве исходных данных обычно задаются числом теоретических ступеней. Повторение расчетов при различном соотношении расходов фаз и числе теоретических ступеней позволяет найти условия, при которых могут быть получены определенные конечные составы. Возможная схема расчета для неизотермической абсорбции показана на рис. 3.3. В соответствии с этой схемой сначала задаются составом и температурой газа на выходе из абсорбера. Затем из материального и теплового балансов для всего процесса определяют конечные расходы фаз, температуру и состав выходящей из абсорбера жидкости. После этого проводят последовательный расчет расходов, составов и температур для всех ступеней. Полученные в результате расчета значения температуры и концентрации в газе на последней ступени сопоставляют с величинами и /р.к, которыми задавались в начале расчета. При значительном расхождении расчет повторяю.т. В схеме расчета, приведенной на рис. 3.3, использован метод простых итераций за новые значения конечной концентрации и температуры газа принимают значения, полученные в предыдущей итерации. [c.94] Пример 3. Абсорбцию паров н-гексана из смеси с метаном предполагается проводить парафинистым поглотительным маслом, содержащим 1 % (мол.) гексана. Концентрация гексана в исходной смеси 18% (мол.), ее расход 0,1 кмоль/с, температура 25 °С. Определить степень извлечения гексана в абсорбере, эквивалентном двум теоретическим ступеням, при расходе поглотительного масла 0,07 кмоль/с. Принять, что процесс абсорбции протекает при нормальном давлении в адиабатических условиях. Начальная температура абсорбента 25 °С, его теплоемкость 300 кДж/(кмоль-К). Летучестью масла и растворимостью в нем метана пренебречь. [c.94] Мольные энтальпии газа и жидкости. Для некоторого упрощения расчетов пренебрежем влиянием температуры на теплоемкость компонентов и теплоту испарения гексана и используем в расчетах значения этих параметров при 30 °С. [c.95] У2 = У (Х2, М = 9930 - 0,110 ехр = 0,0408 мол. доли. [c.96] Следовательно, при проведении данного процесса в аппарате, эквивалентном двум теоретическим ступеням, степень извлечения гексана составит 88,5 % при этом поглотительное масло нагреется в процессе абсорбции до 44,3 °С, а газ — до 35,1 °С. [c.96] Вернуться к основной статье