Составление материального баланса. Построение рабочей линии. Определение концентрации S02 на поверхности раздела фаз

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский Политехнический Университет»

Курсовая работа

по «Техника защиты окружающей среды»

Задание №1

Вариант № 30

Выполнил:

студент гр. 5Э40, 6 курса

                                                                            Проверил:

Новокузнецк 2009 год.

Задание и методические указания по выполнению курсовой работы

Задание №1:

В колонне с насадкой из колец Рашига 50×50×5 происходит водная абсорбция двуокиси серы из ее смеси с воздухом. Колонна работает при следующих условиях: расход газа V м³/ч, концентрация SO₂ в газе: на входе y₁ м.д.; на выходе y₂ м.д.; концентрация  SO₂ в растворе на входе в колонну х₂= 0 м.д.; расход абсорбента L= 1,16 · L_MIN  м³/ч; средняя температура в колонне t = 20^° C; диаметр колонны d_К  м.

Определить концентрации SO₂на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонны, необходимую поверхность и высоту слоя насадки в колонне. Коэффициенты массоотдачи: в газовую фазу k_Г = 31,3 м/ч; в жидкую фазу k_Ж = 31,3 м/ч.Для построения линии равновесия использовать следующие величины, полученные на основе экспериментальных данных при t = 20^° C:

Решение:

Дано	V	y1	y2	dК
	3150	0,03	0,004	1,15

Составление материального баланса

Определение расхода инертного газа:

G =

G=127,100 кмоль/ч.

Определение количества S0₂, абсорбируемого в колоне:

N_A= G· ()

N_A= 127,1 · ()= 3,432 кмоль/ч.

Определение минимального расхода абсорбирующей воды:

L_МИН=

где х₁* - равновесная концентрация S0₂ в жидкой фазе, соответствующая концентрации у₁ в газовой фазе. Для определения х₁ необходимо построить линию равновесия. Из рисунка №1 получаем х₁=0,00126.

Подставив эту величину в предыдущее уравнение, получим :

L_МИН ==  = 2836,36 кмоль/ч

Определение действительного расхода воды:

L = 1,16 · L_МИН

L = 1,16 · 2836,36 = 3290,18 кмоль/ч.

Конечную концентрацию S0₂ в растворе можно найти из соотношения:

L· (х₁ - х₂) = N_A

Так как х₂=0,то х₁ =  = = 0,00104 м.д.

Построение рабочей линии

Из уравнения материального баланса известно, что:

G· () = L· ()

127,1·() = 3290,18 · ()

Отбрасывая в знаменателе величину х, пренебрежимо малую по сравнению с 1, получим уравнение рабочей линии:

127,1· () = 3290,18 · ()

3,927 - 127,1 · () = 3,422 - 3290,18х

3290,18 х = 3,422 - 3,927+127,1·( )

3290,18 х =127,1·( ) - 0,0505

 х = 0,0386 ·( ) - 0,00015

Задаваясь значениями переменной у, найдем соответствующие значения х:

При  у = 0,0045

х = 0,0386·( ) - 0,00015=0,000024

При  у = 0,0065

х = 0,0386·( ) - 0,00015=0,00010

При  у = 0,0095

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00022

При  у = 0,012

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00031

При  у = 0,015

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00043

При  у = 0,018

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00054

При  у = 0,021

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00066

При  у = 0,024

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00078

При у = 0,027

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00089

При у = 0,030

х = 0,0386 ·( ) - 0,00015=0,00101

Для построения рабочей линии используем полученные величины:

Таблица №1.

х	0,00101	0,00089	0,00078	0,00066	0,00054	0,00043	0,00031	0,00022	0,00010	0,000024
у	0,03000	0,02700	0,02400	0,02100	0,01800	0,01500	0,01200	0,00950	0,00650	0,00450

Определение концентрации S0₂ на поверхности раздела фаз

Для любой точки с координатами у их значения концентраций на поверхности раздела фаз находятся на пересечении линии равновесия с прямой, выходящей из этой точки и имеющей тангенс угла наклона:

-

Так как концентрации выражены в мольных долях, то и коэффициенты массоотдачи необходимо пересчитать в соответствующие единицы:

 1,3 кмоль/(м² · ч·).

= 24,3 кмоль/(м²·ч·).

Тангенс угла наклона соответствующих прямых:

m= - 

m= -  = -18,7

На рисунке №1 из различных точек рабочей линии проводим прямые с угловым коэффициентом т = - 18,7. На пересечении этих прямых с линией равновесия получаем соответствующие значения концентрации SO₂ на поверхности раздела фаз. Полученные значения сводим в таблицу №2.

Определение поверхности насадки методом графического интегрирования

Таблица №2

х	у	хГР	уГР	1-у	1- уГР	(1-у)СР	у-уГР	(1-у)СР/((1-у)( у-уГР))
0,000024	0,00450	0,00016	0,00195	0,99550	0,99805	0,99678	0,00255	392,43	0,744
0,00010	0,00650	0,00026	0,00365	0,99350	0,99635	0,99493	0,00285	351,57	1,042
0,00022	0,00950	0,00038	0,00658	0,99050	0,99342	0,99196	0,00292	343,24	0,844
0,00031	0,01200	0,00048	0,00898	0,98800	0,99102	0,98951	0,00302	332,05	0,983
0,00043	0,01500	0,00059	0,01190	0,98500	0,98810	0,98655	0,00310	323,46	0,972
0,00054	0,01800	0,00071	0,01490	0,98200	0,98509	0,98355	0,00309	324,60	0,979
0,00066	0,02100	0,00082	0,01795	0,97900	0,98205	0,98053	0,00305	327,94	1,006
0,00078	0,02400	0,00093	0,02108	0,97600	0,97892	0,97746	0,00292	342,97	1,035
0,00089	0,02700	0,00105	0,02411	0,97300	0,97589	0,97445	0,00289	346,78	1,066
0,00101	0,03000	0,00116	0,02725	0,97000	0,97275	0,97138	0,00275	363,81
S									8,671

Находим значения из таблицы №2 для выражения (1-у):

1-0,00450 = 0,99550

1-0,00650= 0,99350

1-0,00950 = 0,99050

1-0,01200 = 0,98800

1-0,01500 = 0,98500

1-0,01800 = 0,98200

1-0,02100 = 0,97900

1-0,02400 = 0,97600

1-0,02700 = 0,97300

1-0,03000 = 0,97000

Находим значения из таблицы №2 для выражения (1-у_ГР):

1- 0,00195= 0,99805

1- 0,00365= 0,99635

1- 0,00658=0,99342

1- 0,00898= 0,99102

1- 0,01190= 0,98810

1-0,01491= 0,98509

1- 0,01795= 0,98205

1- 0,02108= 0,97892

1- 0,02411= 0,97589

1- 0,02725= 0,97275

Находим значения из таблицы №2 для выражения (1-у)_СР :

(1-у)_СР = 1-у + 1- у_ГР

0,99550 +0,99805 = 0,99678

0,99350 +  0,99635= 0,99493

0,99050 + 0,99342=0,99196

0,98800 + 0,99102= 0,98951

0,98500 + 0,98810= 0,98655

0,98200 + 0,98509= 0,98355

0,97900 + 0,98205= 0,98053

0,97600 + 0,97892= 0,97746

0,97300 + 0,97589= 0,97445

0,97000 + 0,97275= 0,97138

Находим значения из таблицы №2 для выражения  (у-у_ГР):

0,00450-0,00195 = 0,00255

0,00650-0,00365 = 0,00285

0,00950-0,00658 = 0,00292

0,01200-0,00898 = 0,00302

0,01500-0,01190 = 0,00310

0,01800-0,01491 = 0,00309

0,02100-0,01795 = 0,00305

0,02400-0,02108 = 0,00292

0,02700-0,02411 = 0,00289

0,03000-0,02725 = 0,00275

Находим значения из таблицы №2 для выражения  (1-у)_СР/((1-у)( у-у_ГР)):

(0,99678)/( 0,99550) ×(0,00255))= 392,43

(0,99493)/( 0,99350) ×(0,00285))= 351,57

(0,99196)/( 0,99050) ×(0,00292))= 343,24

(0,98951)/( 0,98800) ×(0,00302))= 332,05

(0,98655)/( 0,98500) ×(0,00310))= 323,46

(0,98355)/( 0,98200) ×(0,00309))= 324,60

(0,98053)/( 0,97900) ×(0,00305))= 327,94

(0,97746)/( 0,97600) ×(0,00292))= 342,97

(0,97445)/( 0,97300) ×(0,00289))= 346,78

(0,97138)/( 0,97000)×( 0,00275))= 363,81

Находим значения из таблицы №2 для выражения :

(0,00650-0,00450)×) = 0,744

(0,00950-0,00650) × = 1,042

(0,01200-0,00950) × = 0,844

(0,01500-0,01200) × = 0,983

(0,01800-0,01500) ×

(0,02100-0,01800) ×

(0,02400-0,02100) ×

(0,02700-0,02400) ×) = 1,035

(0,03000-0,02700) ×

Средний расход газа в колонне  находим, усредняя расходы газа на входе и выходе из колонны:                                                           

G_ВХ =

G_ВХ = = 124,8 кмоль/ч

G_ВЫХ = G_ВХ - N_A

G_ВЫХ = 124,8- 3,432=121,37 кмоль/ч

G^' =

G^' = = 123,08 кмоль/ч

Усредняем также значения (1-у) на входе и выходе из колонны по данным таблицы 1:

= = 0,9841

Следовательно,

F = · 11,913

F =  · 11,913= 1146,41 м²

Высота насадки F

Н =

При диаметре колонны d_К=1,15 м площадь поперечного сечения колонны будет равна:

S_К=

S_К == 1,039 м²

а удельная поверхность используемой насадки  95 м²/м³. Отсюда:

Н=  =11,61 м

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский Политехнический Университет»

Курсовая работа

по «Техника защиты окружающей среды»

Задание №2

Вариант № 30

Выполнил:

студент гр. 5Э40, 6 курса

                                                                            Проверил:

Новокузнецк 2009 год.

Задание и методические указания по выполнению курсовой работы

Задание №2:

Рассчитать аспирацию и отопление прядильного корпуса завода вискозного шелка, производящего шелк по центрифугальному способу. Завод выпускает G кг шелка марки N60 в сутки. Oт одного прядильного места отсасывается Wм³ воздуха в м инуту. В цехе воздух имеет температуру          t = - 22° C, влажность =55 %; наружный