Vd va bt chuong 2

Microsoft Word VD va BT chuong 2 doc Baøi giaûng QTHH&HL trong XLMT Ví duï vaø Baøi taäp Chöông 2 DuMyLe 1 VÍ DUÏ VAØ BAØI TAÄP CHÖÔNG 2 Ví duï 1 Haõy xaùc ñònh löu löôïng H2SO4 ñeå saáy khoâng khí vô[.]

Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Ví dụ 1: Hãy xác định lưu lượng H2SO4 để sấy không khí với liệu sau: suất thiết bị 500m3/h (tính theo không khí khô điều kiện chuẩn) Độ ẩm ban đầu không khí 0,016 kg/kgkk khô, độ ẩm cuối 0,006 kg/kgkk khô , nồng độ nước ban đầu axít 0,6kg/kg H2O, nồng độ cuối 1,4 kg/kg H2O Sấy không khí thực áp suất khí Giải: Lưu lượng không khí: G = V.ρ Với ρ khối lượng riêng không khí điều kiện chuẩn: ρ = 29/22,4 = 1,293 kg/m3 ⇒ G = 500 1,293 = 646 kg/h Löu lượng acid tính theo phương trình cân vật chất: L=G Yd − Yc Xc − Xd = 646 0,016 − 0,006 = 8,1 kg h 1,4 − 0,6 Ví dụ 2: Hãy xác định lưu lượng chất hấp thụ tối thiểu có khối lượng phân tử 224 kg/kmol để hấp thu hoàn toàn propan butan từ 1000 m3/h hỗn hợp khhí (tính điều kiện chuẩn) Nồng độ propan khí 15% (thể tích), butan 10% (thể tích), nhiệt độ tháp 30oC, áp suất tuyệt đối kgf/cm2 (294 kPa), độ hòa tan butan propan đặc trưng qui luật Rault Biết rằng: 30oC, áp suất bão hòa propan butan tương ứng 981kPa 265kPa Giải: Nồng độ tối đa propan chất hấp thụ khỏi thiết bị: x *p = P 294 y p = 0,15 = 0,045 kmol ∑ kmolhh Pp 981 Pp – áp suất bão hoà propan 30oC Lượng propan cần hấp thụ: Gp = DuMyLe  V y p 22,4 = 1000.0,15 = 6,7 kmol h 22,4   1  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương Lượng chất hấp thụ tối thiểu để hấp thụ propan là: L = ( G p − x *p x *p ) = 6,7.0,955 = 142 kmol 0,045 h hay 142 224 = 31800 kg/h Nồng độ tối đa butan chất lỏng ñaàu ra: x b* = P 294 yb = 0,1 = 0,11 Pb 265 Pb = 265 kPa (2,7 kgf/cm2) áp suất bão hòa butan 30oC Lượng butan hấp thu: Gp = L V y b 1000.0,1 = = 4,47 kmol h 22,4 22 , G 1− x* 4,47.0,89 = b * b = = 36,1 kmol h 0,11 xb ( ) Lưu lượng dung môi tối thiểu để hấp thu hoàn toàn butan: hay 36,1 x 224 = 8086,4 kg/h Lượng dung môi tối thiểu nhỏ nhiều so với lượng dung môi để hấp thụ propan, lượng dung môi tối thiểu bảo đảm hấp thụ hoàn toàn propan butan 142 kmol/h Ví dụ 3: Tháp hấp thu aceton không khí tưới H2O với lưu lượng 3000kg/h Nhiệt độ trung bình tháp 20oC Qua tháp người ta cho dòng hỗn hợp không khí aceton áp suất thường chứa 6% (thể tích) aceton, không khí hỗn hợp 1400m3/h (tính theo điều kiện chuẩn) Tháp hấp thu 98% aceton, cho phương trình đường cân Y* = 1,68X Hãy xác định đường kính chiều cao thiết bị, chứa vòng sứ kích thước 25x25x3mm, cho vận tốc khí nhỏ 25% so với vận tốc giới haïn K y = 0,4 kmol aceton ⎛ kmol aceton ⎞ ⎜⎜ m l ⎟ kmol kk ⎟⎠ ⎝ , hệ số thấm ướt vật đệm Giải: Thể tích acetone (đktc): DuMyLe    2  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương ⎛ m aceton ⎞ yd 0,06 ⎟⎟ V = Vkk η = 1400(m / h) .0,98 = 88,29⎜⎜ − yd h (1 − 0,06) ⎝ ⎠ Lượng aceton hấp thu 88,29(m / h) V = = 3,94( kmol h ) 22,4 22,4(m / kmol ) M = Nồng độ ban đầu aceton nước: Xd= Nồng độ aceton đầu ra: Xc = M 3,9(kmol / h) = = 0,0234 kmol aceton kmol H 2O L M H 2O 3000(kg / h) 18(kmol / kg ) Nồng độ aceton dòng khí đầu vào Yd = yd 0,06 = = 0,0639(kmol aceton kmol kk ) − y d 0,94 Nồng độ aceton dòng khí đầu Yc = y d (1 − η ) 0,06(1 − 0,98) = = 0,00128(kmol aceton kmol kk ) − yd 0,94 Dựng đường cân đường làm việc giản đồ Y-X A (Yc, Xđ), B (, Xc) Động lực thiết bị hấp thu ΔYtb = ΔYd − ΔYc ΔY ln d ΔYc ΔYñ = Yñ – Y*ñ =Yñ – m.Xc = 0,0639 – (1,68 0,0234) = 0,0246 ΔYc = Yc – Y*c = 0,00128 – = 0,00128 ΔYtb = 0,0079 kmol aceton/kmol kk Diện tích bề mặt thiết kế F= M 3,9 = = 1230 m K y ΔYtb 0,4.0,0079 Thể tích vật đệm V = H S = F/σ = 1230/204 =6 m3 DuMyLe    3  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương Xác định đường kính tháp Xác định vận tốc giới hạn: ⎛ ω gh σ ρ y μ x0,16 ⎜ lg ⎜ g V ρ R e ⎝ , 25 ⎞ ⎛ρ ⎟ = 0,022 − 1,75⎛⎜ L ⎞⎟ ⎜ y ⎟ ⎝ G ⎠ ⎜⎝ ρ x ⎠ ⎞ ⎟⎟ ⎠ ,125 L 3000 273 = = 1,66 ; ρ y = 1,293 = 1,2 kg m3 G 1400.1,2 273 + 20 ρy/ ρx = 1,2 / 1000 = 0,0012 μx = 1mPas ; VR = 0,74 m3/m3 ; ωgh = 1,56 m/s ωy = 1,56 0,75 = 1,17 m/s Diện tích tháp S= G 1810 = = 0,358 m 3600.ω y ρ y 3600.1,17.0,2 Đường kính: D = V 0,358 = 16,8 m = 0,675 m ⇒ chiều cao H = = S 0,358 0,785 Ví dụ 4: Hãy xác định hệ số truyền khối tháp hấp thu CO2 nước theo liệu sau: lưu lượng hỗn hợp khí 5000 m3/h áp suất khí Lưu lượng nước 650 m3/h, nồng độ CO2 ban đầu pha khí 28,4% (thể tích), nồng độ cuối 0,2% (thể tích) p suất tháp P = 16,5 kg/cm2, nhiệt độ 15oC Tháp có hai lớp đệm: lớp nặng tấn, vòng sứ 50x50x5mm, lớp nặng 17 tấn, vòng sứ 35 x 35 x 4mm Hệ số thấm ướt cho 1, khối lượng riêng ρ2 = 505 kg/m3, σ2 = 140m2/m3 Đường cân có dạng p* = E.x = 0,93.106.x (mmHg) = 0,124.106x (KPa) Giải: Diện tích bề mặt đệm + Lớp 1: f1 = + Lớp 2: f = G1σ ρ1 G 2σ ρ2 = 3000.87,5 = 495 m 530 = 17000.140 = 4717 m 505 Tổng diện tích F = f1 + f2 = 5212 m2 DuMyLe    4  Baøi giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương 2 Lượng CO2 hấp thu Lưu lượng thể tích CO2 ban đầu: VđCO2 = Vđhh. = 5000 0,284 = 1420 m3/h Lưu lượng thể tích CO2 đầu ra: Vc CO2 = VR hh.yc = Vdhh − Vd 5000 − 1420 yc = 0,002 = 7,2 m h − yc − 0,002 Lưu lượng thể tích CO2 hấp thu: VCO2 = VđCO2 – Vc CO2 = 1420 – 7,2 = 1412,8 m3/h (ở p = 1kg/cm2, t = 15oC) Lưu lượng khối lượng CO2 hấp thu: M = VCO2 với ρ = T0 273 1,976 = 2630 kg h ρ = 1412,8 T 273 + 15 M CO2 22,4 = 44 = 1,976 kg m3 22,4 Lưu lượng mol CO2 hấp thụ M = 2630 /44 = 60 kmol/h Động lực trình hấp thụ Động lực ban đầu (đáy tháp): Áp suất tổng tháp: P = 16,5 kg/cm2 = 1620 kPa Áp suất riêng phần CO2 ban đầu Pđ = P = 1620.0,284 = 460 kPa Phần mol CO2 nước đầu xc = G RCO2 M CO2 2630 44 = = 0,00166 kmol ∑ kmol G RCO2 G H 2O 2630 650.1000 + + 44 18 M CO2 M H 2O AÙp suất bão hoà CO2 đầu vào P*đ = 0,00166 0,124.106 = 206 kPa DuMyLe    5  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương Động lực ban đầu: ΔPđ = P – P*đ = 460 – 206 = 254 kPa Động lực cuối (đỉnh tháp): p suất riêng phần CO2 đầu Pc = P yc = 1620 0,002 = 3,24 kPa Động lực cuối (đỉnh tháp) ΔPc = P – P*c = 3,24 – = 3,24 kPa Động lực trung bình: ΔPtb = 254 − 3,24 = 57,4 kPa 254 ln 3,24 Hệ số truyền khối K= 2630 M = = 0,0088 kg m h.kPa F ΔPtb 5212.57,4 = 0,0088 0,133 = 0,0012 kg/m2.h.mmHg Ví dụ 5: Hãy xác định hệ số truyền khối pha khí tháp hấp thụ dạng đệm, xảy trình hấp thu SO2 từ hỗn hợp khí với N2 áp suất khí quyển, nhiệt độ tháp 20oC, tháp làm việc chế độ chảy màng Ở nhiệt độ này, độ nhớt động lực học hỗn hợp khí 0,0175.10-3 Pa.s Dy = 10,3.10-6 (ở điều kiện chuẩn) Vận tốc khí qua tháp 0,35 m/s Vật liệu đệm than (dạng cục) có σ = 42 m2/m3, VR = 0,58 m3/m3 Giải: Phương trình chuẩn số Nu chế độ chảy màng: Nu y = 0,407 Re 0y,655 Pr y0,33 Re y = Với ρy = σμ y 28.273 = 1,16 kg m3 22,4.293 Re y = DuMyLe  4ω y ρ y 4ω y ρ y σμ y = μy = 0,175.10-3 Pas 4.0,35.1,16 = 2210 42.0,0175.10 −3   6  Bài giảng QTHH&HL XLMT 1,5 −6 ⎛ 293 ⎞ Dy = 10,3.10 ⎜ ⎟ ⎝ 273 ⎠ Pr y = → μy = ρ y Dy Ví dụ Bài tập Chương = 11,45.10 −6 m 0,0175.10 −3 1,16.11,45.10 −6 s = 1,32 Nu y = 0,407.2210 0, 655.1,32 0,33 = 8,0 de = 4VR σ = 4.0,58 = 0,055 m 42 Hệ số truyền khoái: ⇒ DuMyLe  βy = Nu y D y de 8.11,45.10 −6 = = 0,00167(m / s ) 0,055   7  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương BÀI TẬP CHƯƠNG Hãy xác định động lực trung bình số đơn vị thiết kế tổng quát noy khí hấp thu benzen từ hỗn hợp khí dầu khoáng Nồng độ benzen ban đầu 4% (thể tích), hiệu hấp thụ 80% Nồng độ benzen dầu khoáng sau hấp thụ 0,02 kmol benzen/kmol dầu khoáng, dầu khoáng ban đầu không chứa benzen Phương trình đường cân có dạng: Y* = 0,126 X Biểu diễn động lực đơn vị nồng độ Y (kmol benzen/kmol khí trơ) Trong tháp hấp thu SO2 từ hỗn hợp khí Nitơ nước áp suất khí (760 mmHg), nồng độ ban đầu SO2 khí 5% (thể tích), nhiết độ nước 20oC, lưu lượng chất lỏng lớn 20% so với lưu lượng tối thiểu Hiệu xử lý đạt 90% Hãy xác định: a) Lưu lượng nước để hấp thu 100kg/h SO2 b) Động lực trung bình c) Số đơn vị thiết kế tổng quát noy Đường cân đường thẳng qua điểm: (1) áp suất bão hoà SO2 p = 39 mmHg X = 0,007 (2) p = 26 mmHg X = 0,005 kgSO2 kgH O kgSO2 kgH O Trong tháp hấp thu tiến hành hấp thu metilic nước áp suất khí nhiệt độ 27oC Nồng độ metilic dòng khí vào 100g/1m2khítrơ (ở điều liện làm việc) Ở đầu nước có nồng độ 67% nồng độ cân Phương trình độ hoà tan metilic nước nồng độ tỉ số mol có dạng: Y* = 1,15 X Hiệu hấp thu 98%, hệ số thiết kế kx = 0,5 kmol metilic ⎛ kmol metilic ⎞ ⎟ ⎜⎜ m h kmolH ) ⎟⎠ ⎝ Lưu lượng khí trơ 1200m3/h (ở điều kiện làm việc) Tháp hấp thu chứa đệm vòng sứ có diện tích bề mặt riêng 190m2/m3 Hệ số thấm ướt ψ = 0,87 Vận tốc khí tháp wy = 0,4 m/s Hãy xác định lưu lượng nước chiều cao lớp đệm cần thiết Tháp hấp thu có đường kính 0,5 m dùng để xử lý khí thải có lưu lượng 550 m3/h (ở 760 mmHg 20oC) chứa 2,8% (thể tích NH3, hấp thu nước Hiệu xử lý NH3 0,95, lưu lượng nước lớn lưu lượng tối thiểu 40% Hãy xác định: a) DuMyLe  lưu lượng nước   8  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương b) số đơn vị thiết kế tổng quát noy c) Chiều cao lớp đệm sứ kích thước 50 x 50 x 5mm, Cho hệ số thiết kế Ky = 0,001 kmol NH ⎛ kmol NH ⎞ ⎟ ⎜⎜ m s kmol kk ) ⎟⎠ ⎝ Đường cân có dạng ví dụ 10 Hệ số thấm ướt đệm ψ = 0,9 Hãy đưa công thức tính chiều cao đơn vị thiết kế tháp đệm pha lỏng hx từ phương trình Nux = 0,0021 Re0,75x.Pr0,5x Không khí bị ô nhiễm NH3 cho qua tháp hấp thu nước, chứa đệm có bề mặt riêng phần 89,5 m2/m3, thể tích rỗng 0,79 m3/m3, nhiệt độ hấp thu 28oC, áp suất 1kgf/cm2 Nồng độ trung bình NH3 hỗn hợp khí 5,8% (thể tích) Vận tốc khối lượng khí toàn tiết diện tháp 1,1kg/m2.s Hãy xác định hệ số thiết kế pha khí, cho tháp hấp thu làm việc chế độ chảy màng Hãy tính hệ số thiết kế pha lỏng tháp đệm, dùng để hấp thu CO2 nhiệt độ 20oC Mật độ nước 60m3/m2.h Vật liệu đệm vòng sứ 35x35x4mm, hệ số thấm ướt ψ = 0,56 Hãy tính hệ số thiết kế pha khí tháp hấp thu benzen theo liệu sau: đệm dạng dây cung 12,5x100 mm có khoảng cách chúng b = 25mm (de = 2b = 0,05m); vận tốc khí tính cho toàn tiết diện tháp 0,95 m/s, khối lượng riêng khí 0,5kg/m3; độ nhớt vận động khí 0,013 mPaS, hệ số khuếch tán benzen pha khí 16.10-6 m2/s Chế độ chảy màng Hãy xác định đường kính chiều cao tháp hấp thụ dạng mâm để hấp thụ NH3 nước từ hỗn hợp không khí – NH3 áp suất khí 29oC Nồng độ NH3 ban đầu 7% (thể tích) Hiệu hấp thụ 90% lưu lượng khí trơ (không khí) 10000m3/h (ở điều kiện làm việc) Đường cân đường thẳng có dạng Y * = 0,61X Vận tốc khí tháp 0,8 m/s khoảng cách mâm 0,6m Hệ số hiệu dụng trung bình mâm 0,62, hệ số chất lỏng dư 1,3 10 Theo điều kiện tập Hãy xác định: a) Chiều cao tháp hấp thụ đệm vòng sứ 50 x 50 x 5mm, cho he chiều cao lớp đệm tương đương mâm lý thuyết 0,85 m b) Hệ số thiết kế tháp đệm ky DuMyLe  kg NH   ⎛ kg NH ⎞ ⎜⎜ m s ⎟ kg kk ) ⎟⎠ ⎝ 9  Bài giảng QTHH&HL XLMT Ví dụ Bài tập Chương cho hệ số thấm ướt ψ = 0,9 11 Theo liệu 10 Hãy xác định chiều cao lớp đệm qua số đơn vị truyền khối tổng quát noy chiều cao đơn vị thiết kế hoy 12 Tháp hấp thu để thu hồi benzen từ hỗn hợp tưới dầu khoáng có khối lượng phân tử 260kg/kmol, áp suất trung bình tháp đệm 800mmHg, nhiệt độ 40oC, lưu lượng hỗn hợp 3600m3/h (ở điều kiện làm việc) Nồng độ benzen hỗn hợp dầu đầu vào sau tái sinh 0,2% (mol), lưu lượng dầu khoáng 1,5 lần lưu lượng tối thiểu Để tính đường cân cho độ hoà tan benzen dầu tuân theo định luật Raul Nếu nồng độ benzen dầu nhỏ X = 0,1 kmol benzen/kmol dầu, đường cân đường thẳng Y* = f (X) Hãy xác định: a) Lưu lượng dầu kg/h b) Nồng độ benzen dầu đầu c) Đường kính chiều cao tháp hấp thụ dạng đệm vận tốc khí 0,5 m/s chiều cao đơn vị thiết kế hoy =0,9 m d) Chiều cao tháp hấp thụ dạng mâm hệ số hiệu dụng trung bình mâm η = 0,67, khoảng cách mâm 0,4 m 13 Một tháp đệm đường kính 1m dùng để hấp thụ SO2 khí thải nước Nồng độ SO2ban đầu 7% (thể tích) Hiệu hấp thụ 0,9 đầu nồng độ SO2 nước 0,0072 kgSO2/kg H2O hệ số thiết kế Ky = 0,005 kg SO2 ⎛ kg SO2 ⎞ , ⎜⎜ m s ⎟ kg kk ) ⎟⎠ ⎝ vật liệu đệm vòng sứ 50x50x5mm Hệ số thấm ướt đệm ψ = Chiều cao đơn vị thiết kế hoy = 1,17m Hãy xác định lưu lượng nước 14 Một tháp hấp thu dùng để xử lý khí thải chứa benzen 300kg/h áp suất khí nhiệt độ 20oC Nồng độ benzen hỗn hợp khí ban đầu 4% (thể tích) Hiệu hấp thu benzen 0,85, chất lỏng hấp thu vào tháp sau tái sinh chứa 0,0015 kmol/kmol dầu Vận tốc khí tháp 0,9m/s phương trình đường cân Y* = 0,2 X hệ số dung môi dư 1,4 Hãy xác định đường kính tháp nồng độ benzen dầu đầu DuMyLe    10