Контрольная по теоретическим основам окружающей среды, вариант 10, СПбГУРП. Рассчитать коэффициент массоотдачи загрязняющего вещества (ЗВ) в газовой фазе п

Задача 4. Рассчитать коэффициент массоотдачи загрязняющего вещества (ЗВ) в газовой фазе при абсорбции (удельная поверхность – 110 м2/м3, температура – 298 К) Исходные данные: Объемный расход газового потока – 10 м3/ч*10-3 Объем абсорбента – 9,0 м3 Константа – me 0,0001 103 ЗВ – HF Концентрация ЗВ – 0,6 г/м3 Время обновления поверхности 0,6*103 с. Время обновления поверхности – 0,6 с*103 Эффективность очистки – 94,0 % Решение: Объем активной части абсорбента необходимый для обеспечения заданной эффективности очистки определяется: Nег - число единиц переноса Кv - коэффициент массопередачи рассчитанный по газовой фазе, с-1. Число единиц переноса – это элемент адсорбера, в котором значение концентрации ЗВ в одной из двух фаз (в данном случае газовой) равно Δср в пределах данного элемента. Уо, Ук – концентрации ЗВ в газовой фазе, соответственно на входе в абсорбент и выходе из него в мольных долях; Δср – средняя движущая сила абсорбции Δ1, Δ2 – движущая сила абсорбции на входе в аппарат и на выходе из него. Движущая сила представляет собой разницу между действительной концентрацией ЗВ в газе У и равновесной концентрацией ЗВ – У* над жидкостью данной концентрации Х. У* = myx* X Х – концентрация ЗВ в абсорбенте в мольных долях. Для данного примера примем: Сжо = 0,06 г/л – концентрация ЗВ в отработанном абсорбенте; Сжк=0 - концентрация ЗВ в свежем абсорбенте; Исходя из вышесказанного следует, что Δ1 = Уо – myx*X0 Δ2 = Ук – myx*Xк Для пересчета концентрации ЗВ в газовой фазе выраженной в единицах кг/м3 в концентрацию, выраженную в мольных долях компонента используется следующая формула: где - объемная концентрация, ЗВ в газовой фазе, кг/м3 R – универсальная газовая постоянная, равная 8314,4 м3*ПА/кмоль*К Т – температура, К Мк – молекулярная масса компонента, кг/моль Р – давление, Па Пересчет концентраций в жидкой фазе: где ж – объемная концентрация ЗВ в абсорбенте (воде), кг/м3 Мж – молекулярная масса жидкости, кг/моль; ρж – плотность жидкости, кг/м3. При физической абсорбции равновесие между концентрациями ЗВ в газовой и жидкой фазе характеризуется константой газового распределения (равновесия). В зависимости от способа выражения состава фаз константа m может быть выражена в различных единицах: myx=У*/Х; mе=с*г/сж с*г, сж – объемная концентрация ЗВ, соответственно в газовой и жидкой фазах, кмоль/м3 с*г= с/mк Пересчет из одного способа выражения на другой можно осуществить следующим образом: Основным уравнением массотдачи является уравнение аддитивности фазовых сопротивлений βу, βх – коэффициенты массотдачи, соответственно в газовой и жидкой фазах, м/с Согласно модели обновления поверхности, коэффициент массоотдачи в жидкой фазе вычисляется: βх = 1,12 √Дж/θ где Дж – коэффициент диффузии ЗВ в жидкости, м2/с Дж для HF = 2,7*10-9 Дж С повышением температуры коэффициент диффузии газа в жидкости увеличивается и для определения его можно использовать зависимость: , где μ20- динамическая вязкость растворителя в мПа*с, для воды μ20 = 1,1 мПа*с ρ – плотность растворителя, кг/м3 t – температура, в 0С Теперь рассчитаем коэффициент масоотдачи, используя все вышесказанное. Концентрация ЗВ в газовой фазе, соответственно, на входе в абсорбер и на выходе из него в мольных долях: У0 = 0,6*10-3 * 8314*298 / 20*105 =0,74 *10-3 У0 = 0,06*10-3 * 8314*298 / 20*105 = 0,74 *10-4 Концентрация ЗВ в абсорбенте (воде), со стороны входа потока газов абсорбер (в отработанном абсорбере в мольных долях) Х0 = 0,06 *18 /20*1000 =0,54*10-4 Значение константы фазового равновесия выразим в следующем виде: Myx = 0,0001*10-3 * 8314*298*1000 / 105*18 = 1,38*10-3 Определим движущие силы абсорбции: Δ1 = 0,74*10-3 – 1,38*10-3 * 0,54*10-4= 0,739*10-3 Δ2 = 0,74*10-4 – 1,38*10-3 * 0,54*10-4= 0,74*10-4 Средняя движущая сила абсорбции: Δср = 7,39*10-4- 0,74 *10-4 / ln 7,39/0,74 = 2,89 *10-4 Число единиц переноса: Nег = 0,74*10-3- 0,74 *10-4 / 2,89 *10-4 = 2,3 Коэффициент массопредачи: Кv = 10000*2,3/ 3600*9 = 0,71 с-1 Ку = 0,71 / 110 = 0,006 м/с Дж = 2,7*10-9 [1+0,2√1,1 / 1000 (25-20)] = 2,7*10-9 м2 / с Коэффициент массотдачи в жидкой фазе: βх = 1,128 * √2,7*10-9/ 0,6* 10-3 =2,4*10-3 м/с 1/βу = 1/0,006 – 0,0001*10-3 / 2,4 = 167 βу= 0,006 м/с