Як було зазначено вміст сірки в сировині для подачі її в реактор повинен бути менш ніж 0,1 ppm [див. розділ 1].
Розрахуємо об’ємну подачу рідкої сировини:
(6.1)
де GС — масова витрата сировини, вона складає 70.5·106 кг/рік [див. вихідні дані];
ρ — густина рідкої сировини, вона дорівнює 677 кг/м3 [див. розділ №3];
8000 – кількість годин на протязі одного року.
Для розрахунку адсорбера потрібні характеристики адсорбенту АКГ-981, які приведені нижче [9]:
– насипна густина ρн: 810 кг/м3;
– пористість шару гранул ε=0,38;
– питома поверхня f= 370,37 м2/м3.
Наступні характеристику будуть представлятись по мірі розрахунку.
Оскільки проектується адсорбер вхід сировини, в який здійснюється зверху,
можна не хвилюватися про швидкість потоку в апараті, оскільки винесення адсорбенту під дією швидкості винесення неможливе.
Але швидкість повинна бути в розумних межах, оскільки при її збільшенні збільшується гідравлічний опір в квадратній пропорційності.
Тривалість Т повного циклу в адсорбері с нерухомим зернистим шаром адсорбенту (як і в другому адсорбері періодичної дії) складається із часу адсорбції , часу десорбції , на протязі якого через адсорбент будуть продувати регенеруючий агент, і часу охолодження адсорбенту (також в цей час може ввійти час сушки, але в нашому випадку, дану операцію проводити не доводиться) . Величини і визначаються дослідницьким методом, а їх сума складає тривалість допоміжних операцій:
. (6.2)
Таким чином:
(6.3)
Оскільки в нас непереривний процес на установці, тому ми проводимо адсорбцію з декількох адсорберів періодичної дії, в яких поперемінно відбувається адсорбція і допоміжні операція (десорбція і охолодження). Для здійснення описаного вище візьмемо два адсорбера. Для роботи таких установок необхідне виконання наступної умови:
. (6.4)
Умовимось діаметром адсорбера D=1,4 м, і розрахуємо фіктивну швидкість суміші:
(6.5)
де V – об’ємна подача сировини (формула 6.1), м3/с;
S – площа перерізу адсорбера, м2.
Площа перерізу S:
,
Отже,
W0= м/с
Відомо, що час який затрачується на десорбцію 1 м3 адсорбенту, при фіктивній швидкості 0,08 м/с регенеруючого агенту з температурою 300 оС, становить 15,8 години [9].
По ізотермі адсорбції рис. 6.1 при Y1=0,0000105 кг/кг сировини [див. розділ №3], рівноважна концентрація сірковмісних сполук і вологи в адсорбенті буде Х*=0,024 кг/кг адсорбенту [9]. Приймаємо насичення начального перерізу шару Хн=0,98·Х*=0,98·0,024=0,02352 кг/кг адсорбенту.
Визначаємо тривалість насищення шару адсорбенту висотою 1 м по рівнянню (коефіцієнт поглинальної дії):
k= = 581843.33 с/м (6.6)
Знаходимо час , на протязі якого насичується початковий переріз шару. Використовуючи формулу:
, (6.7)
де К – коефіцієнт масопередачі, кг/м2·с·кг/кг;
f – питома поверхня адсорбенту, м2/м3.
Інтеграл правої частини рівняння (6.7) визначається графічно і представляє собою
площу, обмежену кривою , абсцисою ХН і крайніми ординатам.
Для рішення інтегралу приймемо ряд похідних значень Х (менше Хн=0,02352 кг/кг адсорбенту).По ізотермі адсорбції рис. 6.1 визначаємо значення точок рівноважної концентрації , які відповідають кожній величині Х, і будуємо графік залежності від Х на основі отриманих даних, приведених в таблиці 6.1:
Таблиця 6.1
Точки рівноважної концентрації
Х, кг/кг | Y*·105, кг/кг | Y1·105, кг/кг | (Y1 – Y*)·105 | 1/(Y1 – Y*)·10-5 |
0 | 0 | 0,00105 | 0,00105 | 952,38 |
0,00452 | 0,0001092 | 0,00105 | 0,0009408 | 1062,92 |
0,00952 | 0,0002247 | 0,00105 | 0,0008253 | 1211,68 |
0,01352 | 0,0003171 | 0,00105 | 0,0007329 | 1364,44 |
0,01852 | 0,0004326 | 0,00105 | 0,0006174 | 1619,69 |
0,02352 | 0,000945 | 0,00105 | 0,000105 | 9523,80 |
Рис. 6.1 Ізотерма адсорбції
Площа обмежена кривою, віссю абсцис і крайніми ординатами, проведеними (див рис. 6.2), складає 405,7 см2. Враховуючи масштаб будування графіка:
.
Рис 6.2 Графік залежності від Х
Тепер визначимо коефіцієнт масопередачі від сировинної суміші до адсорбенту при температурі 80 оС, оскільки саме при цій температурі буде працювати адсорбер [див. розділ 1], по формулі:
(6.8)
Визначимо еквівалентний діаметр шару адсорбенту:
(6.9)
Масова швидкість сировинної суміші складає:
(6.10)
де – густина сировинної суміші, кг/м3 [див. розділ 3]
Визначаємо критерій Рейнольдса:
(6.11)
де – в’язкість сировинної суміші (1,69·10-3Па·с) [12].
Коефіцієнт дифузії сірковмісних сполук при 0 оС складає:
Визначимо коефіцієнт дифузії сировинної суміші при тиску Р=1,25 МПа:
(6.12)
Знаходимо значення дифузійного критерію Прандтля:
(6.13)
В відповідності знайдемо дифузійний критерій Nu’:
звідки,
або
.
Час по рівнянню (6.7):
Висота одиниці переносу складає
.
Визначимо число одиниць переносу графічним методом, допускаючи концентрацію сірковмісних сполук в кінці шару Хс=0,001 кг/кг адсорбенту.
Визначаємо значення в границі зміни Х від Хн=0,02352 кг/кг адсорбенту до Хс=0,001 кг/кг адсорбенту (табл. 6.2).
Методом графічного інтегрування визначаємо за рис. 6.3 число одиниць переносу.
Таблиця 6.2
До розрахунку
X | X* | X*-X | |
0,001 | 0,0025 | 0,0015 | 666,66 |
0,005 | 0,0165 | 0,0115 | 86,95 |
0,009 | 0,0189 | 0,0099 | 101,01 |
0,017 | 0,0246 | 0,0076 | 131,58 |
0,021 | 0,0252 | 0,0042 | 238,09 |
0,0235 | 0,0245 | 0,001 | 1000 |
Рис. 6.3 Графік залежності від Х
Число одиниць переносу становить: n=5,1.
Знаходимо висоту Но шару адсорбенту, який працює до моменту :
(6.14)
Визначаємо тривалість адсорбції при умові, що висота шару адсорберу буде становити 2,1м:
τ = τ0 + κ (Η - Η0)=109,2+315538,12∙(2,1-0,0765)=635223с
або 7 діб і 9 годин
Розрахуємо об’єм адсорбенту:
.
Час десорбції буде становити:
τ доп =15,8∙3,2=50,56 години або 2 доби та 2 години
Отже, умова виконалась.
Втрату напору розраховують по формулі:
; (6.15)
де ε — порозність шару;
и — лінійна швидкість руху потоку, який фільтрується через шар адсорбенту, м/с;
μ — динамічна в’язкість, Пас;
d — середній діаметр зерен адсорбенту, дорівнює 0,004 м;
ρ — густина рідини, кг/м3;
g — прискорення сили тяжіння, кг/с2.
Середній діаметр часток адсорбенту становить d = 41-3м.
Таким чином
ΔР = Н 1874,4 = 2,1· 1874,4= 3,9 кПа.
Таким чином, втрата напору адсорбенту не значна.. Тому до проектування приймаємо реактор циліндричної форми з висотою і діаметром 2,1 та 1,4 м відповідно по ГОСТ 9617-67.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 275.