4.1.3. Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности, отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходи­мое количество сорбента, продолжительности процесса поглоще­ния, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затра­ты. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощае­мого вещества; количество очищаемого газа G , кг/с; концентра­ция поглощаемого вещества на входе в адсорбер с , кг/м3. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества на поглотителе.

Расчет адсорбера включает две стадии: а) приближенный конструктивный расчет для определения необходимой массы и гео­метрии аппарата; б) проверочный расчет для определения времени

-49-

защитного действия адсорбера и, в случае необходимости, прове­дения корректировки размеров аппарата.

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке: 1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для уве­личения его емкости рабочая температура выбирается минимально возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активи­рованном угле при 20°С представлена на рис. 4.1. По изотерме адсорбции и заданной величине с , г/м3, находят статическую емкость сорбента a , г/кг.

2 . Определяют весовое коли­чество очищаемого газа, G, кг/с, из выражения

G = Lм /3600 (4.15)

где Lм- производительность местного отсоса от паровоздушной смеси, м3/ч ; г -плотность паровоздушной смеси, кг/м3.

3. Переводят весовую стати­ческую емкость сорбента а , в объемную а , кг/м3 по Формуле

а = а (4.16)

где - насыпная плотность выбираемого сорбента, кг/м3.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

m = K G C / а , (4.17)

где К = 1,1... 1,2 - коэффициент запаса; - продолжитель­ность процесса сорбции, с; G - весовое количество очищаемого газа, кг/с; Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м3;

а - статическая - емкость адсорбера, кг/м3.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W , м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...0,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа, м, подсчитывают по формулам:

Д = (4.18)

- 50 - La = mс W/G . (4.19)

7. Находят пористость сорбента по формуле

П = , (4.20) где и - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/м3

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м, по формуле

(4.21)

.

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения находят в зависимости от характера движения по выражению:

при Rе<50 (4.22)

при Re 50 =11,6 / R (4.23) где Re = W dэ/ ( ) - критерий Рейнольдса; - кинемати­ческая вязкость газа, м2/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа р, Па, по формуле

(4.24)

где Ф = 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных условиях Т и Р по фор­муле

Д=Д (4.25)

где Д =0,101 10 при T = 273° К и атмосферном давлении

Ро = 9.8 10 Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

P = / Д , (4.26)

13.. Для заданного режима течения газа (определяется зна­чением Rе) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:

при Rе < 30 (4.47)

при Re 30 (4.28)

- 51 -

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 4.1) находят величину а - количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре, и величину концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую величине а /2

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f, м2/м3 по формуле

f = (4.29)

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на вы­ходе из аппарата, г/м3, по формуле

с = c (1 - ) , (4.30)

где - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбе­ра, с, по формуле

(4.31)

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину , то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину , м, определяемую по формуле

=

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м2. Конструктивно аппараты адсорбции выполняются в виде вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.

4.2. Задания на расчет

Задание N4.2.1. Подобрать циклон, обеспечивающий степень эффективности очистки газа от пыли не менее =0,87, по данным табл. 4.7. При этом приняты следующие обозначения и некоторые значения: Q, м3/с,- количество очищаемого газа; р =0,89 кг/м3,

- плотность газа при рабочих условиях; 10 Н с/м2, - вязкость газа; п , кг/м3,- плотность частиц пыли, диаметр d , мкм и дисперсность lg ; C , г/м3- входная кон­центрация пыли.

Задание N4.2.2. Рассчитать эффективность применения скруббера Вентури для очистки от пыли производственных выбро-

- 54 -

сов по данным табл. 4.8. При этом приняты следующие обозначе­ния и некоторые значения: плотность газа в горловине = 0,9 кг/м8; скорость газа в горловине W , м/с; массовый расход газа Мг, кг/с; массовый расход орошающей жидкости М ,кг/с; удельный расход жидкости ж, л/м3; давление Рж = 300 кПа; плотность жидкости = 1000 кг/м3; коэффициент гидравлического сопро­тивления сухой трубы = 0,15; требуемая эффективность очист­ки от пыли не менее 0,9.

Задание N4.2.3. Определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров этилового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезжиривания при условии непрерывной работы в течение 8 ч. Расчет выполнить по данным табл. 4.9. При этом приняты следующие обозначения и исходные значения: производительность местного отсоса Lм, м3/ч; начальная концентрация спирта С , г/м3; температура в адсорбере t =20 и давление Р = 9,8 10 Н/м2; плотность паровоздужной смеси =1,2 кг/м3 и ее вязкость = 0,15x10 м2/с; диаметр гранул поглотителя (активированный уголь) d = 3 мм; длина гранулы l= 5 мм; насыпная плотность = 0,500 кг/м3 кажущаяся плотность = 800 кг/м3.

Таблица 4.9. Исходные данные к заданию N4.2.3

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Lм, м3/ч	100	НО	120	130	140	150	160	170	180
С ,г/м3	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Номерварианта	10	И	12	13	14	15	16	17	18
Lм, м3/ч	190	200	210	220	230	240	250	260	270
С ,г/м3	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Номерварианта	19	20	21	22	23	24	25
Lм, м3/ч	280	290	300	310	320	330	340
С ,г/м3	5	6	7	8	9	10	11