Absorpcja inżynieria chemiczna
Absorpcja inżynieria chemiczna
Skruber do absorbowania par acetonu z powietrza jest zraszany wodą w ilości \(\displaystyle{ 3000 kg/h}\). Przez skruber przepływa mieszanina powietrza z parami acetonu zawierająca \(\displaystyle{ 6\%}\) obj. acetonu. Zawartość czystego powietrza w tej mieszaninie wynosi \(\displaystyle{ 1400 m^3/h}\) w przeliczeniu na warunki normalne. W skruberze absorbuje się \(\displaystyle{ 98\%}\) acetonu. Równanie linii równowagi przy rozpuszczaniu acetonu w wodzie \(\displaystyle{ Y \cdot mol=1,68.Xmol}\). Znaleźć wysokość skrubera o średnicy \(\displaystyle{ 0,7 m}\), wypełnionego pierścieniami ceramicznymi o powierzchni właściwej \(\displaystyle{ 204 m^2/m^3}\). Współczynnik przenikania masy \(\displaystyle{ KYmol=0,4 kmol\quad acetonu/(m^2\cdot h)}\). Masa molowa acetonu \(\displaystyle{ 58 kg/kmol}\).
Ostatnio zmieniony 13 sty 2016, o 22:11 przez AiDi, łącznie zmieniany 2 razy.
Powód: Nieczytelny zapis - brak LaTeX-a. Proszę zapoznaj się z instrukcją: http://matematyka.pl/latex.htm .
Powód: Nieczytelny zapis - brak LaTeX-a. Proszę zapoznaj się z instrukcją: http://matematyka.pl/latex.htm .
-
Pablo82
- Użytkownik
- Posty: 356
- Rejestracja: 31 maja 2015, o 19:56
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Pomógł: 79 razy
Absorpcja inżynieria chemiczna
Martyns
1. Strumień wody zraszającej \(\displaystyle{ m_1 = 3000 kg/h = 0,8333 kg/s}\)
2. Strumień czystego powietrza \(\displaystyle{ V_1 = 1400 m^3/h = 0,3889 m^3/s}\). Możemy tu wyliczyć strumień masowy powietrza \(\displaystyle{ 23}\) w dwojaki sposób: przyjmując z powszechnie dostępnych tablic, że gęstość powietrza wynosi ( w warunkach normalnych ) \(\displaystyle{ d = 1,293 kg/m^3}\) lub na podstawie, że masa cząsteczkowa powietrza wynosi\(\displaystyle{ 29 g/mol}\) oraz \(\displaystyle{ 1}\) mol powietrza zajmuje objętość \(\displaystyle{ 22,4 dm^3}\). W pierwszym przypadku otrzymamy wynik: \(\displaystyle{ m_2 = 0,3889 \cdot 1,293 = 0,5028 kg/s}\) zaś w drugim przypadku otrzymamy \(\displaystyle{ m_2 = 0,3889 \cdot 29/22,4 = 0,5035 kg/s}\). Oba wyniki różnią się o \(\displaystyle{ 1,4}\) promila ( co jest bez znaczenia ) – możemy przyjąć do dalszych wyliczeń ich średnią arytmetyczną. Zatem \(\displaystyle{ m_2 = 0,503 kg/s}\)
3. Zawartość acetonu w czystym powietrzu określono jako \(\displaystyle{ 6 \%}\) objętości czystego powietrza, zatem objętość tego acetonu \(\displaystyle{ V_2}\) wynosi:\(\displaystyle{ V_2 = 1400 m^3/h \cdot 0,06 = 84 m^3/h = 0,0233 m^3/s}\). Oznacza to, że strumień moli acetonu wynosi \(\displaystyle{ n_1 = 1,042 mol/s}\) oraz, że strumień masowy acetonu wprowadzanego do skrubera wynosi \(\displaystyle{ m_3 = 1,042 \cdot 58 = 60,44 g/s}\)
4. W skruberze absorbuje się\(\displaystyle{ 98 \%}\) acetonu ( patrz warunki w zadaniu ). Oznacza to, że w skruberze absorbuje się strumień masowy acetonu \(\displaystyle{ m_4 = m_3 \cdot 0,98 = 60,44 \cdot 0,98 = 59,23 g/s}\), a strumień molowy absorbowanego acetonu \(\displaystyle{ n_2 = 59,23/58 = 1,021 mol/s}\). Pozostaje niezaabsorwowany strumień acetonu \(\displaystyle{ m_5 = m_3 – m_4 = 60,44 – 59,23 = 1,21 g/s}\)
5. Absorbacja w sruberze ( jak we wszystkich skruberach ) odbywa się przy pomocy pierścieni ceramicznych – zapewne pierścieni Raschiga. Przy rozwiązywaniu takiego zagadnienia musimy uważnie rozważyć objętość tych pierścieni ( o co w istocie pytają w tym zadaniu ) w kontekście ich powierzchni mającej podstawowy wpływ na proces wymiany masy w układzie aceton-woda. Z powodów ściśle konstrukcyjnych „pierścienie” mają taką postać, żeby ich powierzchnia była jak największa przy jak najmniejszej objętości. Stosuje się tu najczęściej pierścienie mające postać wydrążonego odcinka walca, a nadto procesy związane z przepływami ( w kontekście straty ciśnienia ) są tu uważnie rozważane. Zadanie nie odnosi się w jakikolwiek sposób do tej kwestii co już skazuje jakąkolwiek odpowiedź na kategorię odpowiedzi niedoskonałej lub nieprawidłowej. Należy prześledzić ten proces jak dalej:
6. W zadaniu podane jest, że proces absorbcji acetonu odbywa się przy współczynniku \(\displaystyle{ K = 0,4 kmol acetonu/(m2.h)}\) czyli \(\displaystyle{ 400 mol}\) acetonu absorbowane jest na powierzchni \(\displaystyle{ 1 m^2}\) ( pierścieni ) w ciągu \(\displaystyle{ 1}\) godziny. Po przeliczeniu \(\displaystyle{ K = 0,111 mol/m^2 \cdot s}\). Absorbowany strumień acetonu ( patrz pkt. 4 ) \(\displaystyle{ n_2 = 1,021 mol/s}\). Otrzymamy tu niezbędną powierzchnię wymiany \(\displaystyle{ S = n_2/K = 1,021/0,111 = 9,2 m^2}\). Dalsze obliczanie wysokości skrubera nie jest możliwe dlatego, że objętość skrubera nie może być obliczona bez znajomości objętości pierścieni a także ich konfiguracji przestrzennej. Moglibyśmy obliczyć minimalną objętość skrubera przyjmując, że „pierścienie” mają postać kuli, gdzie jest najmniej korzystna relacja ( najmniejsza ) w układzie powierzchnia/objętość. Wtedy zagadnienie sprowadza się do kwestii czysto matematycznej/geometrycznej: jaka jest wysokość walca o danej średnicy wypełnionego \(\displaystyle{ N}\) kulkami o jednostkowej powierzchni „takiej to a takiej”.
7. Pozostaje tu kwestia równowagi przy rozpuszczniu acetonu w wodzie określonym w zadaniu jako „Y*mol=1,68.Xmol” ( proces dwuskładnikowy ). W zasadzie to nie rozumiem tego zapisu. Formalnie należałoby wziąć pod uwagę mieszaninę trójskładnikową składającą się z acetonu, wody i powietrza. Podejrzewam, że informacja ta dotyczy ( uproszczonego ) układu aceton-powietrze, który to układ w sposób tak uproszczony jak i intuicyjny mówi, że pomiędzy acetonem rozpuszczonym w wodzie a parą acetonu istniejącą w powietrzu istnieje określony związek (matematyczny/liczbowy ). Informacje podane w zadaniu nie pozwalają na dalsze dywagacje czy też obliczenia dla mieszaniny trójskładnikowej.
p.s.1 Muszę powiedzieć, że nie wiem jak Autor zadania wyobrażał sobie rozwiązanie tego zagadnienia – mam tu jakieś wątpliwości ale chętnie wymienię z Autorem wzajemne uwagi.
p.s.2 jak „wrzucili mnie” na projektowanie skrubera to nie miałem pojęcia co to jest. No i czytam w literaturze angielskiej: skruber to „scrubber” – bardzo to wyczerpujące wyjaśnienie ! Ale „pan Kazio” wyjaśnił mi co to jest, bo miał akurat tenże skruber czy scrubber pocięty na kawałki palnikiem acetylenowym. Dzięki panie Kaziu!
1. Strumień wody zraszającej \(\displaystyle{ m_1 = 3000 kg/h = 0,8333 kg/s}\)
2. Strumień czystego powietrza \(\displaystyle{ V_1 = 1400 m^3/h = 0,3889 m^3/s}\). Możemy tu wyliczyć strumień masowy powietrza \(\displaystyle{ 23}\) w dwojaki sposób: przyjmując z powszechnie dostępnych tablic, że gęstość powietrza wynosi ( w warunkach normalnych ) \(\displaystyle{ d = 1,293 kg/m^3}\) lub na podstawie, że masa cząsteczkowa powietrza wynosi\(\displaystyle{ 29 g/mol}\) oraz \(\displaystyle{ 1}\) mol powietrza zajmuje objętość \(\displaystyle{ 22,4 dm^3}\). W pierwszym przypadku otrzymamy wynik: \(\displaystyle{ m_2 = 0,3889 \cdot 1,293 = 0,5028 kg/s}\) zaś w drugim przypadku otrzymamy \(\displaystyle{ m_2 = 0,3889 \cdot 29/22,4 = 0,5035 kg/s}\). Oba wyniki różnią się o \(\displaystyle{ 1,4}\) promila ( co jest bez znaczenia ) – możemy przyjąć do dalszych wyliczeń ich średnią arytmetyczną. Zatem \(\displaystyle{ m_2 = 0,503 kg/s}\)
3. Zawartość acetonu w czystym powietrzu określono jako \(\displaystyle{ 6 \%}\) objętości czystego powietrza, zatem objętość tego acetonu \(\displaystyle{ V_2}\) wynosi:\(\displaystyle{ V_2 = 1400 m^3/h \cdot 0,06 = 84 m^3/h = 0,0233 m^3/s}\). Oznacza to, że strumień moli acetonu wynosi \(\displaystyle{ n_1 = 1,042 mol/s}\) oraz, że strumień masowy acetonu wprowadzanego do skrubera wynosi \(\displaystyle{ m_3 = 1,042 \cdot 58 = 60,44 g/s}\)
4. W skruberze absorbuje się\(\displaystyle{ 98 \%}\) acetonu ( patrz warunki w zadaniu ). Oznacza to, że w skruberze absorbuje się strumień masowy acetonu \(\displaystyle{ m_4 = m_3 \cdot 0,98 = 60,44 \cdot 0,98 = 59,23 g/s}\), a strumień molowy absorbowanego acetonu \(\displaystyle{ n_2 = 59,23/58 = 1,021 mol/s}\). Pozostaje niezaabsorwowany strumień acetonu \(\displaystyle{ m_5 = m_3 – m_4 = 60,44 – 59,23 = 1,21 g/s}\)
5. Absorbacja w sruberze ( jak we wszystkich skruberach ) odbywa się przy pomocy pierścieni ceramicznych – zapewne pierścieni Raschiga. Przy rozwiązywaniu takiego zagadnienia musimy uważnie rozważyć objętość tych pierścieni ( o co w istocie pytają w tym zadaniu ) w kontekście ich powierzchni mającej podstawowy wpływ na proces wymiany masy w układzie aceton-woda. Z powodów ściśle konstrukcyjnych „pierścienie” mają taką postać, żeby ich powierzchnia była jak największa przy jak najmniejszej objętości. Stosuje się tu najczęściej pierścienie mające postać wydrążonego odcinka walca, a nadto procesy związane z przepływami ( w kontekście straty ciśnienia ) są tu uważnie rozważane. Zadanie nie odnosi się w jakikolwiek sposób do tej kwestii co już skazuje jakąkolwiek odpowiedź na kategorię odpowiedzi niedoskonałej lub nieprawidłowej. Należy prześledzić ten proces jak dalej:
6. W zadaniu podane jest, że proces absorbcji acetonu odbywa się przy współczynniku \(\displaystyle{ K = 0,4 kmol acetonu/(m2.h)}\) czyli \(\displaystyle{ 400 mol}\) acetonu absorbowane jest na powierzchni \(\displaystyle{ 1 m^2}\) ( pierścieni ) w ciągu \(\displaystyle{ 1}\) godziny. Po przeliczeniu \(\displaystyle{ K = 0,111 mol/m^2 \cdot s}\). Absorbowany strumień acetonu ( patrz pkt. 4 ) \(\displaystyle{ n_2 = 1,021 mol/s}\). Otrzymamy tu niezbędną powierzchnię wymiany \(\displaystyle{ S = n_2/K = 1,021/0,111 = 9,2 m^2}\). Dalsze obliczanie wysokości skrubera nie jest możliwe dlatego, że objętość skrubera nie może być obliczona bez znajomości objętości pierścieni a także ich konfiguracji przestrzennej. Moglibyśmy obliczyć minimalną objętość skrubera przyjmując, że „pierścienie” mają postać kuli, gdzie jest najmniej korzystna relacja ( najmniejsza ) w układzie powierzchnia/objętość. Wtedy zagadnienie sprowadza się do kwestii czysto matematycznej/geometrycznej: jaka jest wysokość walca o danej średnicy wypełnionego \(\displaystyle{ N}\) kulkami o jednostkowej powierzchni „takiej to a takiej”.
7. Pozostaje tu kwestia równowagi przy rozpuszczniu acetonu w wodzie określonym w zadaniu jako „Y*mol=1,68.Xmol” ( proces dwuskładnikowy ). W zasadzie to nie rozumiem tego zapisu. Formalnie należałoby wziąć pod uwagę mieszaninę trójskładnikową składającą się z acetonu, wody i powietrza. Podejrzewam, że informacja ta dotyczy ( uproszczonego ) układu aceton-powietrze, który to układ w sposób tak uproszczony jak i intuicyjny mówi, że pomiędzy acetonem rozpuszczonym w wodzie a parą acetonu istniejącą w powietrzu istnieje określony związek (matematyczny/liczbowy ). Informacje podane w zadaniu nie pozwalają na dalsze dywagacje czy też obliczenia dla mieszaniny trójskładnikowej.
p.s.1 Muszę powiedzieć, że nie wiem jak Autor zadania wyobrażał sobie rozwiązanie tego zagadnienia – mam tu jakieś wątpliwości ale chętnie wymienię z Autorem wzajemne uwagi.
p.s.2 jak „wrzucili mnie” na projektowanie skrubera to nie miałem pojęcia co to jest. No i czytam w literaturze angielskiej: skruber to „scrubber” – bardzo to wyczerpujące wyjaśnienie ! Ale „pan Kazio” wyjaśnił mi co to jest, bo miał akurat tenże skruber czy scrubber pocięty na kawałki palnikiem acetylenowym. Dzięki panie Kaziu!