Адсорбційна установка періодичної дії
МІНІСТЕРСТВО
ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ЛЬВІВСЬКИЙ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БЕЗПЕКИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ
ІНСТИТУТ
КАФЕДРА
ЦИВІЛЬНОГО
ЕКОЛОГІЧНОЇ ЗАХИСТУ БЕЗПЕКИ
КУРСОВИЙ
ПРОЕКТ
з
предмету: Основи техноекології
на
тему: Адсорбційна установка періодичної дії
Науковий
керівник
Степова
К.В.
ЛЬВІВ
- 2013р.
УДК 66.021.2.081.3
«Адсорбційна установка періодичної
дії» - Войтович М.- Курсовий проект. Кафедра екологічної безпеки .- Львів,
ЛДУБЖД 2011.
Розраховано та запроектовано
адсорбційну установку періодичної дії, вертикальну для поглинання речовин з
газової фази. Охарактеризовано хімічні речовини що беруть участь в процесі,
порівняно та описано види аналогічних установок, їх переваги та недоліки.
ЗМІСТ
Завдання
курсової роботи
Вступ
. Адсорбція
. Призначення
та область застосування установки
. Порівняльна
характеристика аналогічних установок
.1 Адсорбери
з нерухомим шаром адсорбенту
.2 Адсорбери
з рухомим шаром адсорбенту
.3 Адсорбери
з віброкиплячим шаром адсорбенту
. Характеристика
речовини, що бере участь в процесі
. Розрахунок
Висновки
Список
використаної літератури
Завдання
курсової роботи
Розрахувати та запроектувати
адсорбційну установку для поглинання речовини з газової фази.
Тим установки - періодичної дії,
вертикальна.
Речовина - бензол
Витрата газової суміші - 1 м3/с.
Початкова концентрація
речовини - кг/м3
Кінцева концентрація - кг/м3
Діаметр зерен - 0.004м
Насипна густина -500кг/м3
Швидкість потоку пароповітряної
суміші - 0,27м/с
Температура суміші - 18 оС
ВСТУП
У даній курсовому проекті
буде розглянуто процес <#"732298.files/image003.gif">при Т = const
На рис. 2 зображені типи
ізотерм адсорбції для різних адсорбентів. У всіх випадках адсорбційна здатність
сорбенту збільшується при підвищенні тиску адсорбата, але характер цього
збільшення різний. Випукла ізотерма 1 специфічна для адсорбції на
дрібнодисперсних сорбентах, які застосовуються для очищення газової суміші при
малому парціальному тиску компонентів, які вилучаються, і для осушування.
Ізотерма 2 типова для непористих адсорбентів при полімолекулярній фізичній
адсорбції. Ізотерма 3 спостерігається на адсорбентах з розвинутою системою
великих і середніх пор. Ці сорбенти доцільно застосовувати для вилучення летких
газів при парціальному тиску, близькому до тиску насичення.[6]
Рисунок 1.1 - Ізотерма
адсорбції
В основі інженерно-технічного
розрахунку адсорбційного методу очищення знаходиться сітка кривих, що
відображає рівновагу комопоненту, який поглинається адсорбентом, тобто сітка
ізотерм адсорбції .[4]
2. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОБЛАСТЬ
ЗАСТОСУВАННЯ ЗАДАНОЇ УСТАНОВКИ
За способом організації
процесу адсорбції представленої в даній курсовій
<#"732298.files/image005.gif">
Рисунок 2.1 - Адсорбер
періодичної дії: 1 - штуцер для відведення конденсату; 2 - решітка; 3 - люки
для вивантаження адсорбенту; 4 - адсорбент; 5 - штуцер для відведення парів при
десорбції; 6 - патрубок для підведення забрудненого газу; 7 - люк для
завантаження адсорбенту; 8 - штуцер для відведення очищеного газу та повітря
під час регенерації
3.
Порівняльна характеристика аналогічних установок
.1
Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту
Конструктивна схема
вертикального адсорбера періодичної дії з нерухомим шаром поглинача подана на
рис. 3.1
Рисунок 3.1 -
Конструктивна схема адсорбера періодичної дії: 1 - корпус; 2 - люки для
вивантаження адсорбенту; 3 - штуцер для відведення парів при десорбції; 4 -
патрубок для забрудненої паро газової суміші при десорбції та повітря при
сушінні й охолоджуванні адсорбенту під час регенерації; 5 - люк для
завантаження адсорбенту; 6 - штуцер для відведення очищеного газу та повітря
під час регенерації; 7 - штуцер для відведення конденсату
Адсорбер
періодичної дії з кільцевим розміщенням адсорбенту зображений на рис. 3.2
Рисунок 3.2 -
Конструктивна схема адсорбера з кільцевим розміщенням адсорбенту 1 - корпус; 2
- адсорбент
Недоліком
адсорберів з нерухомим шаром адсорбенту є: періодичність процесу, значний
гідравлічний опір, громіздкість, незначне використання адсорбційної ємності
адсорбенту, складність в управлінні процесом очищення газів тощо.[4]
3.2
Адсорбери з рухомим шаром адсорбенту
Адсорбери з рухомим
шаром адсорбенту забезпечують безперервність процесу, повніше використання
адсорбційної ємності апаратів за рахунок руху газу як за течією, так і проти
течії адсорбенту. В одному апараті суміщаються всі стадії процесу: адсорбція,
регенерація, сушіння й охолодження. Рух газу та адсорбенту може відбуватися в
вертикальному або горизонтальному напрямі.[4]
Конструктивна схема
горизонтального адсорбера прямокутного перерізу з рухомим шаром адсорбенту
подана на рис. 3.3
Рисунок 3.3 -
Конструктивна схема адсорбера з рухомим шаром адсорбенту: 1 - корпус; 2 -
бункер для завантаження свіжого адсорбенту; 3- горизонтальний стрічковий
транспортер для переміщення адсорбенту; 4- адсорбент, що рухається; 5 -
горизонтальний стрічковий транспортер для зменшення пиловиносу; 6 - розподільча
решітка; 7 - бункер для вивантаження відпрацьованого адсорбенту, що йде на
регенерацію
3.3
Адсорбери з віброкиплячим шаром адсорбенту
Адсорбери з
віброкиплячим шаром дозволяють інтенсифікувати процес очищення газів за рахунок
перемішування сипучих адсорбентів за допомогою низькочастотних коливань.
Віброкиплячий шар, що при цьому утворюється, має добрі властивості що до тепло-
й масообміну. Структура шару, умови перемішування твердої фази й швидкість
переміщення матеріалу по вібруючій поверхні залежать від частоти, амплітуди та
траєкторії коливальних рухів поверхні. Для створення віброкиплячого шару
використовують гармонічні коливання.[4]. Конструктивна схема вібраційного
багатополичного адсорбера з похилими лотками прямокутного перерізу подана на
рис. 3.4
Рисунок 3.4 -
Конструктивна схема вібраційного адсорбера: 1 - корпус; 2 - вібрувальна
решітка; 3 - шар киплячого адсорбера; 4 - бункер подачі адсорбенту на решітку;
5 - штуцер введення свіжого адсорбера; 6 - штуцер виведення очищеного газу; 7 -
штуцер вводу забрудненої паро-газоподібної суміші; 8 - штуцер вивантаження
відпрацьованого адсорбенту
Рисунок 3.5 -
Вертикальний адсорбер з віброкиплячим шаром та спіральним лотком: 1 - відкритий
спіральний лоток; 2 - стрижень, на якому жорстко закріплений спіральний лоток;
3 - вібратор; 4 - бункер свіжого адсорбенту
Основними шляхами
інтенсифікації адсорбційних процесів є розроблення: оптимальних гідродинамічних
режимів очищення, нових типів адсорбентів та нового адсорбційного обладнання.
Оптимальними
гідродинамічними умовами є такі, що забезпечують велику швидкість фільтрації
очищеного газу через адсорбент. При цьому забезпечується також високий ступінь
очищення газу при малому гідравлічному опорі шару. Збільшення швидкості газу
можливо тільки при використанні сорбентів з великими порами.
При використанні
дрібнодисперсних адсорбентів, наприклад, цеолітів, швидкість газового потоку
обмежена: для нерухомого та рухомого шару до 0,1...0,5 м/с; для киплячого шару
до 1,5...2,0 м/с; для віброкиплячого шару до 0,5... 1,0 м/с.[4]
4.
Характеристика речовини, що бере участь у процесі
Оцтова кислота (етанова кислота)
CН3СООН являє собою рідину (tпл.=16,750С; tкип.=118,10С) з різким запахом;
добре розчиняється у воді і етиловому спирті. Солі оцтової кислоти називаються
ацетатами.
Оцтова кислота - один з базових
продуктів промислового органічного синтезу. Більш ніж 65 % світового
виробництва оцтової кислоти іде на виготовлення полімерів, похідних целюлози та
вінілацетату. Полівінілацетат є основою багатьох ґрунтівних покрить та фарб. З
ацетатної целюлози виготовляють ацетатне волокно. Оцтова кислота та її естери
важливі промислові розчинники та екстрагенти.
Пари оцтової кислоти подразнюють слизові
оболонки верхніх дихальних шляхів. ГДК в атмосферному повітрі становить 0,06 мг
/ м ³, у повітрі робочих
приміщень - 5 мг / м ³.
Токсикологічні властивості оцтової кислоти не залежать від способу, яким вона
була отримана. Смертельна доза становить приблизно 20 мл.[4]
Оцтова кислота - перша з органічних
кислот, яка стала відома людині. Вперше вона була отримана І. Глаубером в 1648
р. в концентрованому вигляді шляхом виморожування її водних розчинів і
розкладанням ацетату кальцію сірчаною кислотою. До початку XIX століття оцтову
кислоту виробляли виключно з природної сировини: пірогенетичною обробкою
деревини і окислювальним оцтовокислим бродінням харчового етанолу.
В наш час основними способами
виробництва оцтової кислоти в промисловості є:
. Одержання оцтової кислоти
окисленням ацетальдегіду
.Отримання оцтової кислоти
окисленням н-бутану
Виробництво оцтової кислоти
окисленням н-бутеном
Виробництво оцтової кислоти
окисленням парафінів С4-С8 на кислоти
Виробництво оцтової кислоти з
метанолу та оксиду вуглецю[8]
Активоване вугілля.
Адсорбент - це тверде тіло
<#"732298.files/image011.gif">
(0,02-0,004) = L (0,385 - 0)
(0,016) = L (0,385)
Ординати і абсциси точок ізотерми
оцтової кислоти обчислюються за формулами (1) і (2):
(1)
(2)
де a1 * і a 2 * -
концентрації адсорбованих бензолу і оцтової кислоти, кг/кг;і V2 - молярні
об'єми бензолу і оцтової кислоти в рідкому стані, м3;
Р1 і Р2 - парціальний тиск
пари бензолу і оцтової кислоти, мм рт. ст;
Рs1 і Рs2 - тиск насичених
парів бензолу і оцтової кислоти при 20 і 18 ° С, мм рт. ст.;і Т2 - абсолютна
температура бензолу і оцтової кислоти при адсорбції (в даному випадку Т1=293° К
Т2 = 291 ° К);
β -
коефіцієнт афінності.
Молярний обєм бензолу і
оцтової кислоти обчислюється за формулою (3):
(3)
де Мr - молярна маса бензолу
і оцтової кислоти, кг/кмоль;
- густина бензолу і оцтової кислоти,
кг/м3
Коефіцієнт афінності :
-молярний об'єм бензолу, м3 /кмоль;
V2 - молярний об'єм оцтової кислоти,
м3 /кмоль.
Обчислюємо а2* за формолою (1):
1.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Обчислюємо Р2 за формулою
(2):
. ,
. ,
. ,
. ,
. ,
. ,
. ,
. ,
. ,
.,
Ізотерма оцтової кислоти:
Табл.1. Таблиця даних для побудови
ізотерми адсорбції
|
|
0,123
|
0,148
|
0,146
|
0,234
|
0,248
|
0,616
|
0,278
|
1,259
|
0,313
|
2,344
|
0,329
|
3,236
|
0,351
|
0,379
|
5,888
|
0,403
|
6,918
|
0,428
|
7,762
|
кг/м3
За допомогою ізотерми
визначаємо статичну активність вугілля по оцтовій кислоті при концентрації
пароповітряної суміші 0,02 кг/м³.
Попередньо необхідно
розрахувати парціальний тиск:
мм рт. ст.
Взявши ординати і абсциси
точок ізотерми оцтової кислоти побудували ізотерму адсорбції з повітря при
температурі 18°С (рис.5.1.):
Рис.5.1: Ізотерма адсорбції
для оцтової кислоти
За рис.8 абсцисі , відповідає
ордината кг/кг.
Кількість активного вугілля
на одне завантаження становить:
Діаметр адсорбера
обчислюється з рівності (4):
(4)
Коефіцієнт дифузії оцтової
кислоти у повітрі:
Коефіцієнт дифузії
шкідливої парогазової суміші при температурі адсорбції визначаємо за такою
формулою :
З рисунка V визначаємо
динамічний коефіцієнт в’язкості повітря при 18°С:
Знаходимо густину повітря при
18°С:
Об'ємний коефіцієнт
масопередачі в газовій фазі залежить від гідродинамічних умов в апараті та
фізичних властивостей потоку й визначається за формулою
с
Тривалість процесу
адсорбції визначають залежно від того, де знаходиться на ізотермі адсорбції
точка початкової концентрації адсорбенту в парогазовій суміші. Оскільки точка
початкової концентрації на нашій ізотермі знаходиться у третій області, то
визначати її будемо за такою формулою
де -
тривалість поглинання, с
- швидкість газового потоку, м/с
- висота шару активованого вугілля,
м
- початкова концентрація компонента
у газовому потоці, кг/м3
- кількість адсорбованої речовини,
що є рівноважною з концентрацією потоку , кг/м3
- коефіцієнт масовіддачі.
Визначаємо об’єм
пароповітряної суміші, яка проходить через адсорбер за :
По умові за один період через
адсорбер повинно проходити 3600 м, тому діаметр адсорбера потрібно
збільшити:
Необхідно також збільшити
кількість адсорбенту на одну загрузку :
Висоту шару активованого
вугілля в апараті для забезпечення достатнього часу роботи адсорбера приймаємо
0,7м ( у вертикальних адсорберах висота шару адсорбенту складає 0,5-1,2м).
Загальну висоту приймаємо рівній 1,84м.
Гідравлічний опір адсорбера з
нерухомим шаром адсорбенту шукаємо за такою формулою(4):
(4)
де Н - висота шару,
а - питома поверхня,
- насипна густина,
- фіктивна швидкість газу,
- пористість.
Значення знаходять
за таким рівнянням(5):
Re+2.34 (5)
Критерій Рейнольдса в даному
випадку визначають за такою формулою:
= (6)
де -
в’язкість(визначаємо з рис.VI.ст.557)
=пит(питома поверхня)=800мг/г (АГ-5)
= 500 кг/м3 (АГ-5)= =
Висновки
У даному курсовому проекті
також були:
· проведені вибір і
розробка технологічної схеми процесу поглинання оцтової кислоти;
· представлений
розрахунок адсорбера з нерухомим шаром адсорбента;
· виконано креслення
загального вигляду апарата.
Адсорбційні методи є одним з
найпоширеніших в промисловості способів очищення газів. Їх застосування
дозволяє повернути у виробництво ряд цінних з'єднань. При концентраціях домішок
в газах більше 2-5 мг/м2, очищення виявляється навіть рентабельним. Основний
недолік адсорбційного методу полягає у великій енергоємності стадій десорбції і
подальшого розділення, що значно ускладнює його застосування для багатокомпонентних
сумішей.
адсорбент оцтовий кислота схема
Список
використаної літератури
1. А.С.
Тімонін Інженерно-екологічний довідник. Т 1. - Калуга: Вид-во М. Бочкарьової,
2003 р
2. Газоочистные
и пылеулавливающие установки. Каталог. - М.: ЦНИИ „Электроника”, 1990. - 48 с.
. Адсорбция
и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений. Под ред. Мухленова И.
П. - М.: „Химия”, 1987. - 206 с.
. Основные
процессы и аппараты химической технологии. Под ред. Дытнерского Ю. И. - М.:
„Химия”, 1991. - 471 с.
5. Під ред. Ю.А. Золотова
<http://ua-referat.com/Золото>, Є.М. Дорохова та ін Основи аналітичної
хімії .- М.; Хімія, книга <http://ua-referat.com/Книга> 2, -2000 р.
. Ливчак И.Ф. и другие. Охрана окружающей
среды. - М.: Стройиздат, 1988. - 192 с.
. Власенко В.М. Каталитическая очистка
газов. - К.: „Техника”, 1973 200 с.
8. Технология
производства уксусной кислоты : (Учеб. пособие по курсу "Хим. технология
орган. веществ" по направлению 550800 "Хим. технология и
биотехнология") / А.В. Тимошенко, В.С. Тимофеев; М-во образования Рос.
Федерации, Моск. гос. акад. тонкой хим. технологии им. М.В. Ломоносова. - М. :
ИПЦ МИТХТ, 2003. - 43 с