Стадия десорбции

Принято: десорбцию производят водяным паром с давлением 4 ат; в процессе десорбции в адсорбере атмосферное давление 1ат; вся система (кроме изоляции) нагревается до 100 0С, теплоизоляция нагревается до 70 0С, продолжительность десорбции 1ч.

Расход тепла на нагревание адсорбера

Q1 = Ga*с1*(t1-k-t1-н),

где Ga – масса всего адсорбера, кг.

Ga = G′a*1,2;

G′a = V1*ρст,

где G′a – масса обечайки адсорбера , кг;

V1 – объем адсорбера, м3;

ρст – плотность стали, кг/м3.

V1 = S1*hц; S1 = S- S2; S = π*(d′ад)2/4; S2 = π*d2ад/4,

где d′ад- диаметр адсорбера (учитывая толщину стенки), м.

S = 0,785*3,4242 = 9,20 м2;

S2 = 0,785*3,4002 = 9,07 м2;

S1 = 9,20-9,07 = 0,13 м2;

V1 = 0,13*6 = 0,78 м3;

G′a = 0,78*7850 = 6123 кг;

Ga = 6123*1,2 = 7348 кг.

Теплоемкость стали:

с1 = 0,482 кДж/кг*К = 0,115 ккал/кг*К ,

1 ккал = 4,19 кДж,

Q1 = 7348*0,482*(100-20) = 283339 кДж = 67627 ккал.

Расход тепла на нагревание асбестовой изоляции

Q2 = G2*с2*(t2-k-t2-н).

Теплоемкость асбестовой изоляции:

с2 = 0,817 кДж/кг*К = 0,195 ккал/кг*К,

Q2 = 1000*0,817 *(70-20) = 40850 кДж = 9749 ккал.

Расход тепла на нагревание угля

Q3 = Gу*с3*(t3-k-t3-н).

Теплоемкость угля:

с3= 0,838 кДж/кг*К = 0,2 ккал/кг*К,

Q3 = 14661*0,838 *(100-20) = 982873 кДж = 234575 ккал.

Расход тепла на нагревание влаги, находящейся в угле

Q4 = Gв.у*с4*(t4-k-t4-н).

Теплоемкость воды:

с5= 4,19 кДж/кг*К = 1 ккал/кг*К,

Q4 = 733*4,19*(100-20) = 245702 кДж = 58640 ккал.

Расход тепла на нагревание четыреххлористого углерода, находящегося в угле

Q5 = G′″ *с5*(t5-k-t5-н).

Теплоемкость четыреххлористого углерода:

с5= 0,846 кДж/кг*К = 0,202 ккал/кг*К,

Q5 = 2937*0,846*(100-20) = 198776 кДж = 47441 ккал.

Расход тепла на десорбцию четыреххлористого углерода

Qд = W*q,W = G′″- Gч.у,

гдеGч.у–количество четыреххлористого углерода, остающееся в угле последесорбции.

Gч.у = 147, W = 2937-147 = 2790 кг или 2790/154 = 18,12 кмоль,

где154 – молекулярный весчетыреххлористого углерода.

Количество угля в адсорбере Gу = 14661 кг или 14661/18,12 ≈ 809 кг на 1 кмоль поглощенного пара.

Теплота адсорбции при соотношении 1 кмоль пара на 500 кг угля, при 0 0С:

q = 416,5 кДж/кг = 99,4 ккал/кг.

В практических расчетах можно принимать, что теплота адсорбции паров органических веществ от температуры не зависит.

В нашем случае >теплоту адсорбции вычисляют по формуле:

q = m*an,

где а – количество адсорбированного пара, л/кг угля;

m и n – константы.

а = 22,4*18,12*1000/14661 = 27,7 л/кг,

где 22,4 – объем 1 моль при 0 С и 760 мм рт. ст.

m = 0,893, n = 0,930;

q = 0,893*27,7 0,930 = 19,60 ккал/кг угля.

Полное количество тепла, выделяющееся при поглощении паров четыреххлористого углерода:

Qд = 19,60*4,19*14661 = 1204020 кДж.

Расход пара на нагревание системы, десорбцию четыреххлористого углерода из угля и компенсацию потерь тепла в окружающую среду

D1 = (Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Qд+Qп)/(λ-θ*c).

Потерю тепла в окружающую среду Qп ориентировочно можно принять 4% от тепла, затраченного на нагревание системы и на десорбцию четыреххлористого углерода из угля:

D1 = (Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Qд)*1,04/(λ-θ*c).

При 4 ат λ = 2744 кДж/кг = 654,9 ккал/кг, при 1 ат θ ≈ 100 0С;

λ – теплосодержание пара, кДж/кг или ккал/кг;

θ – температура конденсата греющего пара, 0С.

D1 = (283339+40850+982873+245702+198776+1204020)*1,04/(2744-100*4,19) = 1322 кг.

Расход пара на компенсацию отрицательной теплоты смачивания qс угля водой

Принято: в угле остается 90% конденсата греющего пара D1:

W′ = D1*0,9 = 1322*0,9 = 1190 кг или D′ = 1190/18 = 66 кмоль,

где 18 – молекулярный вес воды.

Теплота адсорбции воды углем при 100 0С:

q = 32857 кДж/кмоль = 7842 ккал/кмоль.

При 1 ат теплота конденсации пара 2262,2 кДж/кг (539,9 ккал/кг).

qк = 2262,2*18 ≈ 40720 кДж/кмоль = 9718 ккал/кмоль;

qс = q-qк;

qс = 32857-40720 = -7863 кДж/кмоль = -1877 ккал/кг;

D3 = D′* qс/(λ-θ*c);

D3 = 66* 7863/(2744-100*4,19) ≈ 223 кг.

Общее количество пара, конденсирующегося в адсорбере

D1+D3 = 1322+223 = 1545 кг.

Из них в угле остается 1190 кг. Всего в угле влаги 1190+733 = 1923 кг.

Из нижней части адсорбера удаляется конденсат водяного пара в количестве

1545-1190 = 355 кг.

Расход динамического пара на десорбцию

D2 = 2,5*W;

D2 = 2,5*2790 = 6975 кг.

Общий расход пара на десорбцию

D = D1+D2+D3 = 1322+6975+223 = 8520 кг.

Материальный баланс стадии десорбции.

Таблица 3