ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ(РОСОБРАЗОВАНИЕ)
ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Факультет вечернего и заочногообучения
Кафедра «Технология и средства защитыокружающей среды»КУРСОВОЙ ПРОЕКТДисциплина «Процессы и аппараты защитыокружающей среды»
на тему: «Адсорбер периодическогодействия с неподвижным зернистым слоем адсорбента. Технологическая схема дляулавливания паров этилового спирта из воздуха»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ПГТА 2. 280202. 022. ПЗ
Выполнила: студентка
группы 03ЭК1з Хворостова Н. А.
Руководитель: к. т. н.,
доцент кафедры «ТИСЗОС» Таранцев К. В
Пенза 2007 г
Реферат
Пояснительная запискакурсового проекта содержит 28 стр., 1 рисунок, 2 таблицы, 4 библиографическихисточника.
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, АДСОРБЦИЯ, КОЛЬЦЕВОЙ АДСОРБЕР, АКТИВНЫЙ УГОЛЬ АР-А,ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.
Целью курсового проектаявляется: разработка адсорбционной установки периодического действия снеподвижным зернистым слоем адсорбента и технологической схемы для улавливанияпаров спирта из воздуха.
Объектом разработкиявляется: выбор и разработка технологической схемы процесса улавливанияэтилового спирта, технологический расчет кольцевого адсорбера, выполнениечертежа общего вида кольцевого адсорбера.
Основные технико-экономическиепоказатели разработанного процесса: число адсорберов в технологической схеме 6шт., кольцевой адсорбер наружным диаметром 3 м, внутренним диаметром 1,6 м,высота адсорбера 5,2 м.
Введение
В данной курсовом проектебудет рассмотрен процесс адсорбции этилового спирта. Адсорбцию широкоиспользуют для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция этоуниверсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси изжидкой фазы.
Процессом адсорбцииотносительно легко управлять, поскольку, варьируя условия эксперимента, можноосуществить количественную адсорбцию-десорбцию и контролировать этот процесс.Для осуществления адсорбционных методов не требуется сложного приборногооформления, экстремальных условий, поэтому методы этой группы удобны дляпроверки работ в полевых условиях, их легко сочетать с методом последующегоопределения компонентов. Адсорбционный метод отличается высокойтехнологичностью и легкостью автоматизации. Можно автоматизировать не толькооперацию концентрирования, но и само определение, например в хроматографическихи проточно-инжекционных методах.
Этиловый спирт (этанол)имеет второе название – винный спирт. Представляет собой бесцветную жидкость,кипящую при 78,3 0С. Опьяняюще действует на организм человека в малыхколичествах и приводит в состояние наркоза при больших количествах. Этиловыйспирт, как и его водные растворы легко воспламеняется и горят бледным голубымпламенем без образования копоти. Этанол не обладает ни кислотными и нищелочными свойствами, его реакция нейтральна. Более 150 различных производствиспользуют спирт как сырье или вспомогательный материал. Его применяют вкачестве моторного топлива, горючего в лабораториях, как антифриз для пониженияточки замерзания воды, как дезинфицирующее средство в медицине и т.д.
В данном курсовом проектебудут:
· произведены выбори разработка технологической схемы процесса улавливания этилового спирта;
· описаниетехнологической схемы улавливания;
· представлентехнологический расчет вертикального кольцевого адсорбера;
· представленасхема общего вида адсорбционной установки;
· устройство ипринцип действия адсорбционной установки.
1. Механизм сорбции
Сорбция- процесспоглощения газов, паров и растворенных веществ твердыми или жидкимипоглотителями на твердом носителе (сорбентами). Классификация сорбционныхметодов основана на различии механизма взаимодействия веществ с сорбентами.Различают абсорбцию (хемосорбция) и адсорбцию (физическая адсорбция),распределение веществ между двумя несмешивающимися фазами (растворитель ижидкая фаза на сорбенте) и капиллярную конденсацию – образование жидкой фазы впорах и капиллярах твердого сорбента при поглощении паров вещества. В чистомвиде каждый из перечисленных механизмов, как правило, не реализуется, и обычнонаблюдаются смешанные механизмы. Таким образом, сорбционные процессы различныпо их механизму. Однако любой сорбционный процесс начинается с адсорбции награнице соприкасающихся фаз, которые могут быть жидкими, газообразными илитвердыми.
Сорбция может проходить встатических или динамических условиях. Сорбцию называют статической,когда поглощаемое вещество (сорбтив), находящийся в газообразной фазе илижидкой фазе, приведено в контакт с неподвижным сорбентом или перемешивается сним. Статическую активность сорбента характеризуют количеством поглощенноговещества на единицу массы сорбента в определенных условиях.
Динамической сорбцию называют в том случае, когдапоглощаемое вещество находится в подвижной или газообразной фазе, котораяфильтруется через слой сорбента. Динамическую активность адсорбентахарактеризуют временем от начала пропускания адсорбтива до его проскока, т.е.до появления его за слоем адсорбента. Количество вещества (кг) рассчитывают поформуле:
/>,
где H – высота слоя в адсорбентах;
h – империческая константа,определяющаяся экспериментально;
F – площадь, которую занимаетадсорбент;
amax– динамическая активность адсорбента
Осуществляется путеминтенсивного перемешивания, образованного раствора с сорбентам в теченииопределенного времени с последующим отделением сорбента от воды отстаиванием,центрифугированием и др. методами.
В промышленностисорбционно-десорбционные процессы, как правило, осуществляют в динамическихусловиях, так как это обеспечивает непрерывность технологических процессов ивозможность их автоматизации.
Сорбционный процесс встатических условиях описывается уравнениями, связывающими количествосорбированного вещества Cs и концентрацию вещества с в жидкой(газообразной) фазе и учитывающими химическую и геометрическую неоднородностьсорбента и свойства сорбируемого вещества. При последовательном введениисорбента количество адсорбента рассчитывается по формуле:
/>
А при противоточномвведении сорбента процесс ведут ступенчато, и расход сорбента определяется поуравнению:
/>,
где m – количество сорбентов (кг);
n – число степеней;
Кадс –константа адсорбции;
Q – объем сточной воды (м3/ч);
СН – начальнаяконцентрация загрязнений;
СК –остаточное количество загрязнений в воде.
Для описанияадсорбционных процессов на неоднородных поверхностях при образованиемономолекулярного слоя применяют уравнение Фрейндлиха:
/> или />,
где />,/>и /> — постоянные.
Для полимолекулярныхслоев действительно уравнение Брунауэра- Эмметта-Теллера:
/>,
где V-объем газа, сорбированного придавлении р; Vm — объем газа, соответствующиймономолекулярному слою; К- постоянная, характерная для данного вещества; р0-давление пара сорбируемого вещества.
По характерувзаимодействия адсорбата с поверхностью жидкого или твердого адсорбаенаразличают физическую и химическую сорбцию.
При физическойадсорбции связана со способностью поверхностных частиц адсорбентаудерживать на своей поверхности адсорбата за счет поверхностной энергии.Количество адсорбата, который удерживается на единице площади поверхностиопределяется силами межмолекулярного взаимодействия: — это дисперсионные,ориентационные и индукционные эффекты.
Физическая адсорбция взаимодействиемолекул сорбирующихся веществ с поверхностью адсорбента определяется главнымобразом дисперсионными силами, вызываемыми согласованным движением электронов всближающихся молекулах. Для некоторых сорбентов, например, кремнеземов, оксидаалюминия, цеолитов, имеют значение электростатические силы. Подэлектростатическими силами понимают ориентационные силы, проявляющие приадсорбции полярных молекул на поверхности, несущей постоянный электрическийзаряд, и индукционные силы, обусловленные появлением в сорбирующихся молекулахдипольных моментов, наведенных зарядами поверхности или появлением дипольныхмоментов в сорбенте, наведенных диполями сорбирующихся молекул. Физическаяадсорбция легко обратима, обратный процесс адсорбции называется десорбцией.Десорбцию, осуществляемую с помощью жидкостей, обычно называют элюцией,а жидкость или растворы, применяемые для этих целей, элюентами. Дляфизической сорбции характерно увеличение скорости и мала прочность.
1.1 Адсорбция
Адсорбция обычно проводится на твердых адсорбентах,на которых адсорбируются газы или растворенные вещества. В процессе адсорбциирастворенных веществ из воды наблюдаются два вида межмолекулярноговзаимодействия:
1. взаимодействиемолекул растворенного вещества с молекулами (атомами) поверхности адсорбента;
2. взаимодействиемолекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе – процессгидратации.
Адсорбция газованалогична адсорбции из растворов, за исключением того, что отсутствуетконкурирующее действие воды. В процессе адсорбции происходит задержка адсорбатана поверхности адсорбента в течении определенного времени. После чего адсорбатснова может перейти в газовую фазу. Процесс адсорбции из водной (газообразной)фазы идет до установления равновесия. Количество газа или растворенного вещества,которое адсорбируется определенным количеством адсорбента, зависит от вида газаили раствора и от условий:
· температурасреды;
· давление газа;
· концентрациярастворенных веществ и т.д.
В первый момент сорбциискорость максимальна. В процессе сорбции концентрация адсорбата на поверхностиадсорбента увеличивается и при определенных соотношениях может происходитьобратный процесс, т.е. переход адсорбционного вещества с поверхности адсорбентав раствор или газ, т.е. наступает равновесие, при котором концентрацияизвлекаемого вещества в растворе или парциальное давление газа становитсяпостоянным. Эта концентрация раствора называется равновесной концентрацией, апарциальное давление – равновесным.
Для оценки процессаиспользуется величина, называемая удельной адсорбцией (α) – это количествовещества в молях, поглощенное 1 см2 поверхности адсорбента придостижении равновесия в данных условиях. Определяется по формуле:
/>,
где α – удельнаяадсорбция, моль/см2;
n – число молей адсорбата;
S – поверхность адсорбента, см2.
Так как очень сложноопределить площадь адсорбента, то вместо поверхности используется его масса,т.е.
/>,
где m – масса адсорбата, г;
С0– начальнаяконцентрация адсорбтива в растворе, моль/л;
Ср –равновесная концентрация адсорбтива в растворе после адсорбции;
V – объем, м3/л.
В тех случаях когдаадсорбат находится в газообразной форме, то его концентрацию можно вычислить:
/>
где Рi – парциальное давление извлекаемогокомпонента.
С увеличением температурыгазовая адсорбция при постоянном давлении уменьшается, а при уменьшениитемпературы газовая адсорбция увеличивается. В отличии от газовой адсорбции приадсорбции из растворов повышение температуры наоборот вызывает усилениеадсорбции растворенного вещества.
Сам процесс протекает засчет понижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Поверхностноенатяжение растворов зависит от природы растворителя и от температуры протеканияпроцесса. Растворенные вещества или понижают поверхностное натяжениерастворителя, и в таком случае их называют поверхностно-активными веществами(ПАВ), или повышают поверхностное натяжение, и в таком случае их называют поверхностно-инактивнымивеществами, или не влияют на величину поверхностного натяжениярастворителя. В водных растворах поверхностно-активны полярные органическиесоединения (спирты, кислоты, амины, фенолы). Поверхностно-инактивныебольшинство сильных электролитов. ПАВ делятся на две группы:
1) истинно растворимые вводе – представляют собой дифильные молекулы с короткими углеводороднымирадикалами;
2) мицеллярные коллоиды — представляют собой дифильные молекулы с длинным углеводородным радикалом,малорастворимые в воде.
Разность концентрацийрастворенного вещества в поверхностном слое внутри объема раствора называютповерхностным избытком этого вещества и обозначают греческой буквой Г(«гамма»). ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое и,следовательно, для них Г>0, так кА приводит к уменьшению поверхностногонатяжения. Напротив, поверхностно-инактивные вещества адсорбируютсяотрицательно, т.е. их концентрация в поверхностном слое меньше, чем в объемераствора (Г
Адсорбционные процессыописываются уравнениями, которые связывают (α), концентрацию вещества (С)в жидкой или газообразной фазе и давление (Р) в газообразной фазе.
На изотерме можновыделить три участка в области малых концентраций адсорбата на поверхностиадсорбента (I) – количество адсорбционноговещества растет пропорционально его концентрации или давлении. В этой областиудельная адсорбция (α) описывается уравнением генри:/>
/> или />,
где /> — предельное количествоадсорбата; /> — постоянные адсорбции
Степень заполненияповерхности адсорбента находится по формуле:
/>/>
При дальнейшем увеличенииконцентрации (давления) количество адсорбированного вещества увеличивается, нов меньшей степени (участок II).Придостаточно высоких концентрациях (давления) количество адсорбированноговещества не изменяется с повышением концентрации, и кривая становитсяпараллельной оси абсцисс (участок III), что соответствует насыщению поверхности адсорбента молекуламиадсорбируемого вещества.
Изотерма адсорбциигазообразных веществ при высоких давлениях представлена на рисунке 1.
/>
Рис. 1 — Изотерма адсорбциипри высоких давлениях
Изотерма адсорбции приприближении к насыщенному давлению изгибается и круто поднимается вверх – этоявление связано с копилярной концентрацией. Характер адсорбционных изотермгазообразных веществ зависит от природы и характера адсорбента и газа.
1.2 Активные угли
Адсорбент – это твердоетело, на поверхности и в порах которого происходит адсорбция.
Особенностью процессаадсорбции является избирательность и селективность. Благодаря этому свойствувозможно поглощение из сточных вод и загрязненных газов определенныхзагрязнений, а затем в процессе сорбции возможно выделение их в чистом виде,т.к. адсорбция протекает на поверхности адсорбата, то чем больше поверхность,тем выше скорость адсорбции, и поэтому адсорбенты должны иметь сильно развитуюповерхность с очень высокой пористостью и глубокой структурой.
Адсорбентыхарактеризуются удельной площадью поверхности отнесенной к единице объема илимассы, плотностью, адсорбционной емкостью, хорошую способность к регенерации,иметь не высокую стоимость и быть изготовленным из доступных материалов.
Адсорбционные процессыносят циклический характер и предполагают периодическую регенерациюадсорбентов насыщенных целевыми компонентами.
Адсорбционная очисткаможет быть регенерированной, когда извлекаемые вещества утилизируются. В связис этим для регенерации адсорбентов применяют методы:
· Экстрагированиеорганическими растворами;
· Изменение степенидиссоциации слабых электролитов, с помощью которых производится десорбция;
· Отгонкадесорбционного вещества с водяным паром;
· Испарениеадсорбционного вещества током инертного газообразного теплоносителя;
В зависимости от методаразличают:
— десорбцию термическую;
— вытеснительную;
— десорбцию со снижениемдавления.
Активные угли используютв качестве эффективных адсорбентов для извлечения свинца из атмосферноговоздуха; Ca, Ba и Sr изконцентрированных растворов щелочей, солей и других соединений; Cr, Mo и V изводы и рассолов ртутного электролиза. Как правило, определение элементовзаканчивается непосредственно в концентрате: прямым сжиганием концентрата вканале спектрального угольного электрода или концентрат облучают потокомнейтронов или определяют элементы в концентрате рентгенофлуоресцентным методом.Окончание анализа может быть другим: после разложения адсорбента, содержащегосорбированные компоненты, действием азотной кислотой в полученном растворе компонентыопределяют атомно-абсорбционным, спектрофотометрическим и другими методами.
Эффективность разделенияи концентрирования может быть улучшена при добавлении в исследуемый растворкомплексообразующих веществ. Так, микроколичества Bi, Co, Cu, Fe, In, Pb при анализе металлического серебра инитрата талия можно извлечь в виде устойчивых комплексов с ксиленоловыморанжевым сорбцией активным углем, помещенным в виде слоя на фильтр. Примерыприведены в таблице 1.
Таблица 1 — Концентрирование микроэлементов в виде комплексов на активном углеОпределяемый элемент Объект анализа Реагент Особенности концентрирования Метод определения
Ag, Сd,Co,Cu,
In,Ni,Pb,Tl,Zn Вольфрам Диэтилдитио-карбаминат натрия Десорбция азотной кислотой
Атомно-абсорбционный и рент-
генофлуоресценгный
Ag,Bi, Сd,Co,Cu,
In,Ni,Pb,Tl,Zn Соли хрома(III) Гексаметилен- дитиокарбаминат гексаме- тиленаммония
Сорбционный фильтр, десорбция
HNO3 Атомно- абсорбционный Сd,Co,Cu, Pb
Водные растворы солей
(NaС1,MgCl2, СаС12)
Дитизон, дифе-
нилкарбазид.
8-оксихинолин,
антраниловая кислота
Сорбционный фильтр, десорбция
HNO3
Атомно-
абсорбиионный и атомно-эмнссионный
С
Сг, Ре, Н8, НГ,
Мп, N1, РЬ,
Яе, 2п, РЗЭ C Природные воды 8-Оксихинолин
Коэффициент концентрирования
1-Ю4
Фотометрия,
атомно- абсорбционный и рент-
генофлуоресцентный, нейтронно-активационный и
γ-активационный
анализ
2. Описание технологическогопроцесса
Процесс адсорбциипротекает непрерывно. Непрерывность процесса обеспечивается сменной работойдвух групп адсорберов. Используемые, в данной технологической схеме, группывключают в себя по три кольцевых адсорбера каждая.
Процесс адсорбциипротекает в определенный срок, по истечению которого данный процессзавершается. Первая группа адсорберов (А1, А2, А3), переходит в режимрегенерации, а вторая (А4, А5, А6) в режим проведения процесса адсорбции.
Процесс адсорбцииначинается с того, что исходная смесь подается в рукавный фильтр (Ф) с помощьювентилятора (В1) или резервного (В2) по линии 29. После предварительной очисткигаз переходит в огнепреградитель с разрывными мембранами. На этом отрезкетрубопровода расположена мембрана прорыва (М), которая предотвращает разрушениетрубопровода. Затем смесь переходи в калорифер (Ка2), где газ охлаждается оборотнойводой. Из охлаждающего калорифера газ попадает в адсорберы: при работе первойгруппы адсорберов через нижний левый штуцер в (А1, А2, А3), при этомрегулирующие вентили (ВЗ7, ВЗ19, ВЗ37) должныбыть закрыты, а вентили (ВЗ10, ВЗ13, ВЗ42) –открыты; при работе второй группы адсорберов (А4, А5, А6) регулирующие вентили(ВЗ10, ВЗ13, ВЗ42) закрываются, а вентили (ВЗ7,ВЗ19, ВЗ37) — открываются. Газ поступает в пространствомежду стенкой корпуса и наружной стенкой корзины, в которой расположенадсорбент – активированный уголь марки АР-А. При прохождении газа через слойадсорбента протекает процесс массообмена, то есть происходит поглощениеэтилового спирта из парогазовой смеси. После протекания этой реакции очищенныйгаз через центральный штуцер отводится по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование.
Процесс идет до тех пор,пока на линии 3m не будетобнаружен проскок этилового спирта. При обнаружение этилового спирта вентили(ВЗ7, ВЗ19, ВЗ37, ВЗ10, ВЗ13,ВЗ42) закрываются, а (ВЗ17, ВЗ20, ВЗ27,ВЗ30, ВЗ32, ВЗ39) – открываются.
Процесс регенерацииначинается с подачи в адсорберы острого пара по линии 2 через распределительныйколлектор. При подачи в первую группу адсорберов вентиль (ВЗ38 и ВЗ46)закрыты, вентили (ВЗ14, ВЗ25, ВЗ40, ВЗ44)открыты, а при подачи во вторую группу адсорберов вентили (ВЗ14, ВЗ25,ВЗ46) закрыты, вентиль (ВЗ38, ВЗ44, ВЗ15,ВЗ29, ВЗ34) открыты, соответственно вентили (ВЗ7,ВЗ17, ВЗ19, ВЗ30, ВЗ37, ВЗ32,ВЗ10, ВЗ13, ВЗ20, ВЗ26, ВЗ39,ВЗ42, ВЗ51) закрыты. Пар через, нижний центральный,штуцер попадает в центральную часть адсорберов. Затем происходит процессрегенерации перфорированных решеток (процесс десорбции), в частности активногоугля. Образовавшейся конденсат, через нижний правый штуцер, попадает вканализацию по линии 30. Промывной водяной пар со следами этилового спирта ичастицами адсорбента через нижний левый штуцер поступает в циклон по линии 41.
В циклоне смесь паровводы и этилового спирта очищается от пыли и сконденсированных капель пара поддействием центробежных сил. Полученный конденсат через нижний штуцер циклонапереходит в холодильник. А оставшаяся смесь переходит по линии 41 вконденсатор, где при подводе свежей воды через верхний штуцер, конденсируетсякапли пара, которые затем переходят в холодильник. Использованная приконденсации вода отводится по линии 40 через верхний правый штуцер.
В холодильнике при подачесвежей воды конденсат охлаждается. После охлаждения оборотная вода такжеотводится по линии 40. В результате охлаждения образуется очищенный этиловыйспирт, который по линии 34 передается на склад для дальнейшего использования.
После процессарегенерации адсорберы высушивают. Воздух для сушки, подается в калорифер (Ка1)вентилятором (В3)., где нагревается до определенной температуры подачей острогопара по линии 2 (вентиль ВЗ44 закрыт, ВЗ46 — открыт). Приэтом регулирующий вентиль (ВЗ51) закрыт, а вентиль (ВЗ52)открыт. Затем нагретый воздух подается в адсорберы, регенерируемой группы,через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов через нижний центральныйштуцер. При этом: если регенерируется первая группа (А1, А2, А3), регулирующиевентили (ВЗ16, ВЗ28, ВЗ35) открыты, вентили(ВЗ16, ВЗ9) закрыты; если регенерируется вторая группа(А4, А5, А6), регулирующие вентили (ВЗ16, ВЗ28, ВЗ35)открыты, вентиль (ВЗ11) закрыт. После просушки адсорберы вновьохлаждают с помощью подачи атмосферного воздуха вентилятором (В3), которыйпоступает в адсорберы через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов черезнижний центральный штуцер по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование. Процесс идет до тех пор,пока на линии 3m не будетобнаружен проскок этилового спирта.
Процессы регенерации,сушки и охлаждения адсорберов протекают за тот же период времени, что и процессадсорбции. После проведения этих процессов группы адсорберов вновь меняют, тоесть те, которые работали в режиме адсорбции переходят в режим регенерации, ате, которые регенерировались — в режим адсорбции. Процесс протекает непрерывно.
3. Устройство ипринцип действия
По способу организациипроцесса адсорбции представленные в данной курсовой работе аппараты являютсяаппаратами периодического действия. В них адсорбент находится в неподвижномсостоянии и при достижении определенной (заданной) степени насыщения егонеобходимо заменить или регенерировать (десорбировать). На время регенерациипроцесс адсорбции прерывается.
Эффективность работыадсорбционной установки в первую очередь зависит от соответствия способаорганизации процесса, физико-химических характеристик обрабатываемых газов и адсорбента.По расходу, температуре, влажности, давлению отбросных газов, концентрациизагрязнителя и его свойствам подбираются вид адсорбента, конструкция аппарата,вид адсорбции, режим обработки. В данной, курсовой был выбран адсорбер снеподвижным слоем адсорбента — активного угля АР-А, периодической обработки ифизическим процессом адсорбции.
Адсорберы периодическогодействия используются в тех случаях, если обрабатывается достаточно большоеколичество газа или если газ содержит значительные концентрации сорбата, чтоделает выгодным регенерацию сорбента, а также, если стоимость свежего сорбентапревышает стоимость регенерации.
Адсорберы периодическогодействия с неподвижным слоем поглотителя имеют различное конструктивноеисполнение. В данной, работе представлен адсорбер вертикальный цилиндрический свертикальным кольцевым слоем адсорбента.
Недостаткамивертикального расположения адсорбента является неравномерность слоя по высоте,которая образуется при загрузке, а также в процессе эксплуатации из-за неравномерностиусадки от истирания, уноса и других причин. При работе адсорбера через зоны сменьшим сопротивлением проходит большее количество отбросных газов, чтоухудшает степень очистки. Неравномерность слоя адсорбента возрастает сувеличением сечения аппарата. Поэтому пропускная способность адсорберов свертикальным слоем адсорбента обычно не превосходит 1…1,5 м3/с.
Непрерывность очисткиобеспечивают компоновкой адсорберов, одновременно задействованных на различныхстадиях процесса, в две группы по три. То есть, в первой группе проходитпроцесс адсорбции, а во второй группе – последовательно протекают стадиидесорбции, сушки, охлаждение адсорбента. При этом суммарная продолжительностьстадий десорбции, осушки и охлаждения должна быть равна продолжительностиадсорбции.
Процесс начинается сподачи исходной смеси в установку через штуцер для подачи паровоздушной смеси,сушильного и охлаждающего воздуха (Г). Паровоздушная смесь заполняетпространство между внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой перфорированнойкорзины, содержащей адсорбент – активный уголь АР-А). Затем исходная смесьпроникает через слой адсорбента, где протекает процесс массообмена, то естьпроисходит очищение исходной смеси. Очищенный воздух выводится черезцентральный нижний штуцер (Д). Полученный в результате процесса конденсатотводят через штуцер (Ж) предназначенный для отвода паров и конденсата приадсорбции, десорбции и для подачи воды. Для проведения процесса приопределенной температуре устанавливается термометр в гильзу для термометра (З1).Адсорбент (активный уголь) не способный к регенерации удаляют изперфорированной корзины через разгрузочный люк (К5 7). Свежийадсорбент загружают в корзину через загрузочный люк (К1 4).
4. Расчет адсорберовпериодического действия
Исходные данные задания №22:
Расход парогазовой смеси V= 60000 м3/ч (при нормальныхусловиях); температура смеси t= 20 0С; давление P = 0,2 МПа; начальная концентрация этиловогоспирта в воздухе ун = 0,008 кг/м3;допустимая концентрация паров спирта за слоем адсорбента ук =0,0004 кг/м3. Плотность газовой смеси ρг=1,2 кг/м3 (при нормальных условиях); вязкость газовой смеси μг= 2,5∙10-5Па∙с. Адсорбент – активный уголь АР-А(насыпная плотность ε = 0,375, эквивалентный диаметр dэ = 0,0015м). Тип аппарата –кольцевой адсорбер (наружный диаметр слоя адсорбента Dнар = 3 м, внутренний диаметр Dвн = 1,6 м).
Решение:
1) Определим необходимоесечение слоя адсорбента
/> м2,
где /> принимаем 0,28
/> м2,
где Н = 5,2 м (размер изкаталога).
2) Определим необходимоеколичество адсорбентов
/> адсорбера.
Для того чтобы обеспечитьнеобходимую рабочую поверхность необходимо 3 абсорбера.
3) Определим высотуединицы переноса
/>
предварительно определимчисла Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта:
— число Рейнольдса />
— число Прандтля />
где /> м2/с(приложение № 7)
т.к. />, то число Нуссельта будетрассчитываться по формуле
/>/>
/> => /> c-1
/> м.
4) Построим изотермуадсорбции
β = 0,61 (приложение № 20)
/>; />;
для бензола: />
/> Па.
Для этилового спирта: />
/> Па.
/> 0С
/>
Расчетные и справочные величинысведем в таблицу 2.
Таблица 2 — Справочные ирасчетные значения координат точек изотерм адсорбции бензола и этилового спиртаактивным углем АР-АТочка Бензол Этиловый спирт
/>
/>
/>
/> 1 0.000854 109.0 0.921 178.6 2 0.00256 134.2 1.80 220 3 0.00512 139.8 2.75 229.18 4 0.00939 143.0 3.97 234.42 5 0.01706 147.3 5.72 241.47 6 0.02561 151.2 7.34 247.86
Полученная изотермаизображена на рисунке 2.
5) Строим рабочую линию
Определим координатыточек: точка А(Хн, Yк), точка В(Хк, Yн).
Согласно заданию Yн = 0,008 кг/м3, Хн= 0 кг/м3, Yк= 0,0004 кг/м3.
Значение Хкопределяют из уравнения материального баланса процесса
/>,
где при Yн = 0,008; Х*=249.
Для определения Vадиспользуем выражение
/> м3/с.
Тогда
/> кг/м3.
Точка А(0;0,0004), точкаВ(191,6;0,008).
Полученная рабочая линияизображена на рисунке 2.
6) Определим число единицперенос Nу методом графического интегрирования.
Задаем ряд значений Y в интервале [Yн — Yк], определяем Y*. Полученные данные сводим в таблицу3.
Таблица 3 — Значенияпараметров для графического интегрирования
/>
/>
/>
/> 0,008 0,001 0,007 142,8 0,006 0,0007 0,0053 188,6 0,004 0,00045 0,0035 281,6 0,002 0,0002 0,0018 555,5 0,001 0,00005 0,00095 1052,6 0,0004 0,0004 2500
Указанная графическаязависимость представлена на рисунке 3.
Определяем площадь подкривой, ограниченной ординатами Yн = 0,008 кг/м3 и Yк = 0,0004 кг/м3.
Число единиц переносаопределяют из выражения
/>
где />
/> – масштаб по оси />;
/> – масштаб по оси />.
/>.
7). Определим высотуадсорбционного слоя из выражения
/> м.
Из конструкционныхсоображений принимаем Н=0,1 м.
8). Определим объем слояадсорбента по формуле
/> м3.
9). Определимпродолжительность адсорбции
так как рабочая линиярасположена в двух областях изотермы адсорбции, то:
— для первой области
/>
откуда
/>дней
здесь b = 1,19 (приложение №21), так как
/>
— для второй области
/>
10) Определимсопротивление слоя адсорбента
/> ,
где /> кг/м3∙с ,
/>
Анализ задания илитературных данных произведенных в ходе курсового проекта позволил определитьтехнологическую схему проведения процесса для достижения поставленных целей.Эта схема была оформлена на первом листе курсового расчета и представлена вприложении на формате А1 (технологическая схема выполнена в программе КОМПАС –3D LT 5.11).
В ходе курсового проектабыли произведены технологические расчеты по современным методикам, позволяющиевыбрать тип адсорбера и гидродинамические сопротивления аппарата.
По результатам расчетабыл выполнен чертеж кольцевого адсорбера полностью соответствующего результатамрасчетов. Адсорбер выполнен по современным каталогам и соответствуетдействующим стандартам.
Заключение
В данной курсовом проектебыл рассмотрен процесс адсорбции. Это широко используемый процесс дляразделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод,позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы.
В данном курсовом проектетакже были:
· произведены выбори разработка технологической схемы процесса улавливания этилового спирта;
· выполнен чертежтехнологической схемы расположения адсорберов;
· представлентехнологический расчет вертикального кольцевого адсорбера периодическогодействия, действие которого основано на процессе адсорбции с использованиемадсорбента активного угля АР-А;
· а так же выполненчертеж общего вида аппарата.
Списокбиблиографических источников
1. В.Н. Стабников, И.М. Ройтер, Т.Б.Процюк. Этиловый спирт – М.; Изд-во Пищевая промышленность, — 1976 г.
2. Н.Л. Глинка Общая химия: Учебноепособие для вузов. – 22-е изд., исправленное/Под ред. Рабиновича В.А. – Л.:Химия,1982 г.
3. Под ред. Ю.А. Золотова, Е.Н. Дороховаи др. Основы аналитической химии.- М.; Химия, книга 2, -2000 г.
4. А.С. Тимонин Инженерно-экологическийсправочник. Т 1. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003 г.