吸収装置

(「基礎 化学製図」例題4.2 向流充填塔の設計)

空気 98.0vol%, SO2 2vol%(=y1)を含んだ廃ガスを 25mmのラシヒリング充填塔により水(x2=0)で洗浄処理して,出口ガス中のSO2濃度を 1/(10+学籍番号下1桁*0.5) にしたい. すなわちy2=y1*(1/10+?). ガスは毎時 (450+学籍番号下2桁)m3 処理するとし,塔はフラッディング速度の60%で操業するよう設計し,水は最小液流速の2.2倍を用いるとする.

温度293K,圧力101.3kPaで操作するとき,塔径と塔高,ガスの圧力損失を求めて,充填塔を設計せよ. 

平衡関係は気,液中のSO2モル分率をy, x として, y=mx (m =26) で表わせる.容量係数 kya,kxa は各々 309kmol/(m3・h) , 5468kmol/(m3・h) とする.

 

解)

(1) 塔径の算出

塔断面当たりガス流量を G[kmol/(m2・h)],塔断面当たり液流量を L[[kmol/(m2・h)]とする.簡単のため G,Lは一定として取り扱う.塔断面積を S [m2] とすると,
  GS = (処理ガス流量[m3/h])*(273/293)/22.4 =        kmol/h
最小液流量 (LS )min は y1=mx1* として,次で表わせる.
  GS (y1-y2)= (LS )min (x1*-x2)
  ∴(LS )min=       kmol/h
よって液流量は, LS =      kmol/h

このとき出口水中濃度x1は,操作線の式 (GS (y-y2)= LS (x-x2) )で,
  GS (y1-y2)= LS (x1-x2) (x2=0)
より,     x1=         

フラッディング速度GFはこの塔についてサウィストウスキーの相関式で計算すると,
 GF= 78kmol/(m2・h) なので,
  G= 0.6 GF =       kmol/(m2・h)
塔断面積は,  S = GS/G =      m2
塔径は     d =      m
また,  L= LS/S =       kmol/(m2・h)

(2) 充填物高さH の算出

塔の高さ方向の濃度 x,yの変化を記述する微分方程式は次式である。

初期条件: at z=0 y=y1, x=x1

プログラム上での変数をy→Y(0),x→Y(1),z→X と割り当てると,解くべき連立常微分方程式が,
Y(0)' = -(KYA / G) * (Y(0) - M * (D * Y(1) - Y(0)) / (D - M))
Y(1)' = -(KXA / L) * ((D * Y(1) - Y(0)) / (D - M) - Y(1))
初期値 Y(0)=0.02(=y1), Y(1)= x1
となり,これを積分することでxyの塔底からの変化が計算される。
Y(0)= y2 となったXの値が求める充填物高さHとなる。  答:H=     

レポートは充填物高さとx,yの関係を図示し、求めた充填物高さを示す。

連立常微分方程式

2010 '----ホウテイシキ ノ カズ
2020 DATA 2
2030 '----セキブン クカン [a,b]
2040 DATA 0,2.0  積分区間[m]
2050 '----ショキチ x=a ニオケル Y(0),Y(1),Y(2)...ノ アタイ
2060 DATA 0.02, 0.00132 (=x1) (各自変更)
2070 '----xノ キザミハバh, ゴサ ノ キョヨウ ゲンカイ E
2080 DATA 0.1, 0.04
2090 '----EQUATIONS( Y,X,N デハジマル ヘンスウ ハ ツカワナイ)
2095 KYA = 309: KXA = 5468: G = 46.9 : L = 2422 : M = 26
2096 D = -KXA / KYA
2100 ON NK + 1 GOTO 2110, 2130
2110 ' [ DYDX=Y(0)' ]
2120 DYDX = -(KYA / G) * (Y(0) - M * (D * Y(1) - Y(0)) / (D - M))
2125 RETURN
2130 ' [ DYDX=Y(1)' ]
2140 DYDX = -(KXA / L) * ((D * Y(1) - Y(0)) / (D - M) - Y(1))
2145 RETURN