Задание 3. Расчет адсорбера
Адсорберы, используемые в системах очистки отходящих газов, должны удовлетворять следующим требованиям:
- иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов при небольших концентрациях их в газовых смесях;
-обладать высокой селиктивностью;
-иметь высокую механическую прочность;
-обладать способностью к регенерации;
-иметь низкую стоимость.
На практике нашли применение следующие адсорбенты: активные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты.
Силикагели используют для осушки и поглощения паров полярных органических веществ. По сравнению с углями, силикагели негорючи, имеют низкую температуру регенерации, относительно высокую механическую плотность к истиранию и низкую стоимость.
Алюмогели используют для осушки газов и поглощения полярных органических веществ из газовых смесей.
Цеолиты- алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных желочноземельных металлов. Они подразделяются на природные и синтетические. Из природных цеолитов практически используются клиноптилолит, морденит, шабазит и эрионит. Синтетические цеолиты выпускают в виде гранул шарообразной и цилиндрической формы.
Для очистки газов от вредных веществ используют адсорберы периодического и непрерывного действия.
Адсорберы периодического действия могут быть с неподвижным слоем и с кипящим слоем адсорбента. Первые представляют собой цилиндрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполненные слоем адсорбента. В таких аппаратах проводятся адсорбцию проводят по стадиям:
-адсорбция;
-десорбция;
-сушка адсорбента;
-охлаждение адсорбента.
Новые конструкции адсорберов периодического действия позволяют более эффективно провести процесс.
Регенерация адсорбентов проводят техническим методом или десорбцией насыщенным, а так же перегретым водяным паром или инертным газом. При термической регенерации теряется 5-10% адсорбента и происходит деструкция адсорбируемого вещества. Процесс проводят при температуре 700-800 в печах различной конструкции: барботажных, многоходовых и с кипящим слоем.
Цель задания: определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров этилового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезвреживания при условии непрерывной работы в течении 8-ми часов.
-
По изотерме адсорбции и заданной величины С0, г/м3 определяется статистическая емкость сорбента равную a0= 175 г/кг, Сх = 2,5г/м3. В качестве сорбента используется активируемый уголь.
-
Определяется весовое количество очищаемого газа, кг/с:
,
где производительность местного отсоса;
плотность паровоздушной смеси, кг/ м3;
3600-перевод в секунды;
- весовое количество очищаемого газа.
-
Переводится весовая статистическая емкость сорбента a0 в объемную α0, кг/ м3:
α0 = (a0 · ρн) / 1000
где статистическая емкость сорбента, г/кг
насыпная плотность, кг/ м3;
1000- перевод в килограммы.
α0 = (175 · 550) / 1000 = 96,25 кг/ м3- объемная статистическая емкость сорбента.
-
Определяется масса сорбента, кг:
Mc = (K · G · C0 · 10-3 · τ) / α0
где K - коэффициент запаса;
C0 - начальная концентрация спирта, г/ м3;
10-3 - перевод C0 в килограммы;
G - весовое количество очищаемого газа, кг/с;
τ - продолжительность процесса сорбции, с;
Mc = (1,5 · 0,092 · 11 · 10-3 · 5) / 96,25 = 0,000079 кг – масса сорбента.
-
Определяются геометрические размеры адсорбера. Для цилиндрического аппарата:
- диаметр адсорбера, м
,
где W-скорость потока газа в адсорбере, м/с;
- длина (высота) слоя адсорбента, м:
,
где масса сорбента, кг;
-
Находится пористость сорбента:
,
где кажущаяся плотность, г/кг;
П=(850-550)/850=0,353 г/кг
-
Рассчитается эквивалентный диаметр зерна сорбента, м:
,
Где П -пористость сорбента;
d- диаметр гранул поглотителя, м
i- длина гранул, м
-
Коэффициент трения находится в зависимости от характера движения по критерию Рейнольдса:
при < 50 =220/
при > 50
,
Где коэффициент трения;
N- вязкость паровоздушной смеси, ;
эквивалентный диаметр зерна сорбента, м
-
Определяется гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа, Па:
,
,
Где Ф- коэффициент формы, равный 0,9;
коэффициент трения;
длина (высота) слоя адсорбента, м.
∆Р=2,228 ·10-6
-
Определяется коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных условиях т. е. 273 К, , Па.
,
Где Т- температура в адсорбере, К:
Т=t+273.
-
Находится диффузионный критерий Прантля:
,
Где n- вязкость паровоздушной смеси;
Д- коэффициент молекулярной диффузии.
-
Для заданного режима течения газа (определяется значением Рейнольдса) вычисляем величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:
При < 30 ,
При > 30 .
Здесь эквивалентный диаметр зерна сорбента
Д-коэффициент молярной диффузии.
-
Рассчитается удельная поверхность адсорбента, :
,
Где d-диаметр гранул поглотителя, м;
i-длина гранул, м.
-
Определяется концентрация паров этилового спирта на выходе из аппарата, :
,
эффективность очистки в долях, .
-
Находится продолжительность защитного действия адсорбера, с:
;
,
,
Где
начальная концентрация спирта, ;
длина (высота) слоя адсорбента, м;
W-скорость потока газа в адсорбенте;
коэффициент массопередачи для единичной удельной поверхности;
f-удельная поверхность адсорбента;
концентрация паров этилового спирта на выходе из аппарата, ;
объемная емкость адсорбента;
величина концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер, .
Список литературы:
1. Аренс В.Ж., Саушин А.З., Гридин О.М. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. - М.: Интербук, 1999. - 180с.
2. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988.
3. Демина Л.А. Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений. / / Энергия. - 2000. - N10. - С. 51-54.
4. Жуков А.И. Методы очистки производственных сточных вод. Справочное пособие. - М., Стройиздат, 1977.
5. Комарова Л.Ф. Технология очистки промышленных и сточных вод: физико-химические, химические и биохимические методы очистки: Учебное пособие/Алтайский политехнический институт. - Барнаул, 1983.
6. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленными выбросами. - М.: Химия, 1979.
7. Орлов Д.С., Малинина М.С. и др. Химическое загрязнение и охрана почв. Словарь-справочник. М.: Агропромиздат, 1991.
8. Очистка сточных вод: Метод. указания к курсовому и дипломному проектированию / Владим. Гос. Ун-т; Сост.: Н.В. Селиванова, Н.А. Андрианов. Владимир, 2002.
9. Паль Л.Л. Справочник по очистке природных сточных вод. - М.: Высш. шк., 1994.
10. Родионов и др. Техника защиты окружающей среды. - М., 1989.