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.

1. По изотерме адсорбции и заданной величины С₀, г/м³ определяется статистическая емкость сорбента равную a₀= 175 г/кг, С_х = 2,5г/м³. В качестве сорбента используется активируемый уголь.

2. Определяется весовое количество очищаемого газа, кг/с:

,

где производительность местного отсоса;

плотность паровоздушной смеси, кг/ м³;

3600-перевод в секунды;

- весовое количество очищаемого газа.

3. Переводится весовая статистическая емкость сорбента a₀ в объемную α₀, кг/ м³:

α₀ = (a₀ · ρ_н) / 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.

4. Определяется масса сорбента, кг:

M_c = (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;

M_c = (1,5 · 0,092 · 11 · 10^-3 · 5) / 96,25 = 0,000079 кг – масса сорбента.

5. 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;

6. Находится пористость сорбента:

,

где кажущаяся плотность, г/кг;

П=(850-550)/850=0,353 г/кг

7. Рассчитается эквивалентный диаметр зерна сорбента, м:

        ,

Где П -пористость сорбента;

d- диаметр гранул поглотителя, м

i- длина гранул, м

8. 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

9. 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

10. 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.

11. Находится диффузионный критерий Прантля:

                                     ,

Где n- вязкость паровоздушной смеси;

Д- коэффициент молекулярной диффузии.

12. 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.

13. Рассчитается удельная поверхность адсорбента, :

,

Где d-диаметр гранул поглотителя, м;

  i-длина гранул, м.

14. Определяется концентрация паров этилового спирта на выходе из аппарата, :

              ,

эффективность очистки в долях, .

15. 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.