3.1 Построение изотермы адсорбции

Ординаты и абсциссы точек изотермы бутанола вычисляются по формулам (1) и (2):

(1)

(2)

где a₁* и a₂* - концентрации адсорбированных бензола и бутанола, кг/кг;

V₁ и V₂ - молярные объемы бензола и бутанола в жидком состоянии, м³;

p₁ и p₂ - парциальное давление паров бензола и бутанола, мм рт. ст;

p_S-1 и p_S-2 - давление насыщенных паров бензола и бутанола при 20°С, мм рт. ст.;

T₁ и Т₂ - абсолютная температура бензола и бутанола при адсорбции (в данном случае Т₁ -- Т₂ = 293° К);

в - коэффициент аффинности.

Молярный объем бензола:

.

Молярный объем бутанола:

.

Коэффициент аффинности:

.

На изотерме бензола берем ряд точек

Первая точка: a₁* = 0,25 кг/кг; p₁ = 8 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

Вторая точка: a₁* = 0,30 кг/кг; p₁ = 57 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

Третья точка: a₁* = 0,15 кг/кг; p₁ = 1 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

Четвертая точка: a₁* = 0,28 кг/кг; p₁ = 20 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

Пятая точка: a₁* = 0,20 кг/кг; p₁ = 2,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

откуда

Шестая точка: a₁* = 0,26 кг/кг; p₁ = 10 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

откуда

Седьмая точка: a₁* = 0,22 кг/кг; p₁ = 3,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:

откуда

Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.

Таблица 1

По найденным точкам строим изотерму бутанола для 20 єС.

Определим с помощью изотермы статическую активность угля по бутанолу при концентрации паровоздушной смеси

Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, соответствующепо формуле (3):

(3)

По диаграмме абсциссе p₀ = 0,617 мм рт. ст. соответствует ордината a₀* = 0,25 кг/кг.

1. Так как на изотерме точка, соответствующая исходной концентрации паровоздушной смеси находится во второй области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4):

(4)

где

На основании вида изотермы

И соответствующая этой величине поглощения парциальная упругость паров бутанола по изотерме адсорбции Р₁=0,055 мм.рт.ст

рабочая скорость газового потока;

H = 0,50 - высота слоя активного угля;

b - функция, определяемая по таблице (стр. 87, [4]) для

значение b = 1,84;

в- объемный коэффициент массо передачи, который вычисляется по формуле (5):

(5)

Где

Критерий Нуссельта определяется формулой (6):

(6)

(7)

(8)

Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. По рис. VI (стр. 607, [5]) м = 0,018 · 10^-3 н · сек/м², = 1,2 кг/м³

Диаметр частицы угля d_э = 0,002 м,

Скорость

Коэффициент диффузии при 0 єС для системы бутанол - воздух:

Для температуры 20єС коэффициент диффузии вычисляется по формуле:

.

Тогда:

После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:

На основании

Определяем продолжительность процесса:

2. Диаметр адсорбера вычисляется по формуле:

Определим количество паровоздушной смеси, проходящей через адсорбер за 1334 мин:

Количество активного угля составляет:

Активность угля по парам бутанола составляет 4,2%. Остаточная активность угля по бутанолу после десорбции 0,048%. Исходя из этого, вычислим количество бутанола, находящегося в угле после адсорбции:

А так же количество бутанола, оставшегося в угле после десорбции:

Таким образом, количество бутанола, поглощаемого за одну операцию, будет равно:

.

Продолжительность адсорбции:

.

Операционный объем паровоздушной смеси