Из сборника смесь идет на разделение (отстаивание, ректификация и т. д.)
Образовавшийся в адсорбере конденсат греющего пара (часть пара, идущего на нагрев системы до температуры процесса, на десорбцию извлекаемого компонента, на компенсацию отрицательной теплоты смачивания адсорбента водой и на компенсацию потерь теплоты) удаляется через гидрозатвор.
Воздух для сушки вентилятором нагревается в калорифере до 85 — 95 °C, подается в адсорбер и удаляется адсорбера. Вентилятор подает и на охлаждение адсорбента атмосферный воздух, который удаляется из адсорбера. На этом цикл заканчивается, и адсорбер переключается на стадию адсорбции.
3. Расчетная часть
Расчет адсорбера системы ВТР периодического действия с неподвижным слоем абсорбента для улавливания паров н-бутанола Ординаты и абсциссы точек изотермы бутанола вычисляются по формулам (1) и (2):
(1)
(2)
где а1* и a2* - концентрации адсорбированных бензола и бутанола, кг/кг;
V1 и V2 — молярные объемы бензола и бутанола в жидком состоянии, м3;
p1 и p2 — парциальное давление паров бензола и бутанола, мм рт. ст;
pс-1 и pс-2 — давление насыщенных паров бензола и бутанола при 21 °C, мм рт. ст.;
T1 и Т2 — абсолютная температура бензола и бутанола при адсорбции (в данном случае Т1 — Т2 = 295° К);
β - коэффициент аффинности.
Молярный объем бензола:
Молярный объем бутанола:
Коэффициент аффинности:
.
На изотерме бензола берем ряд точек Первая точка: a1* = 0,26 кг/кг; p1 = 9 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
Вторая точка: a1* = 0,31 кг/кг; p1 = 58 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
Третья точка: a1* = 0,16 кг/кг; p1 = 2 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
Четвертая точка: a1* = 0,29 кг/кг; p1 = 21 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
Пятая точка: a1* = 0,21 кг/кг; p1 = 2,6 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
откуда
Шестая точка: a1* = 0,25 кг/кг; p1 = 11 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
откуда
Седьмая точка: a1* = 0,23 кг/кг; p1 = 3,6 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
откуда
Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.
Таблица 1
Изотерма бензола Изотерма бутанола a1*, кг/кг p1, мм рт. ст a2*, кг/кг p2, мм рт. ст 0,16
0,21
0,23
0,26
0,25
0,29
0,31 1,1
2,6
3,6
58 0,139
0,185
0,203
0,24
0,25
0,25
0,28 0,06
0,15
0,2
0,5
0,6
1,2
3,6
По найденным точкам строим изотерму бутанола для 21 ºС.
Определим с помощью изотермы статическую активность угля по бутанолу при концентрации паровоздушной смеси Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, соответствующепо формуле (3):
(3)
По диаграмме абсциссе p0 = 0,62 мм рт. ст. соответствует ордината a0* = 0,26 кг/кг.
Так как на изотерме точка, соответствующая исходной концентрации паровоздушной смеси находится во второй области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4):
(4)
где На основании вида изотермы
И соответствующая этой величине поглощения парциальная упругость паров бутанола по изотерме адсорбции Р1=0,056 мм.рт.ст
рабочая скорость газового потока;
H = 0,51 — высота слоя активного угля;
b — функция для
значение b = 1,85;
β- объемный коэффициент массо передачи, который вычисляется по формуле (5):
(5)
Где Критерий Нуссельта определяется формулой (6):
(6)
(7)
(8)
Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. μ = 0,019 · 10−3 н · сек/м2, = 1,3 кг/м3
Диаметр частицы угля dэ = 0,002 м, Скорость
Коэффициент диффузии при 0 °C для системы бутанол — воздух:
Для температуры 21 °C коэффициент диффузии вычисляется по формуле:
.
Тогда:
После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:
На основании Определяем продолжительность процесса:
Диаметр адсорбера вычисляется по формуле:
Определим количество паровоздушной смеси, проходящей через адсорбер за 1343 мин:
Количество активного угля составляет:
Активность угля по парам бутанола составляет 4,3%. Остаточная активность угля по бутанолу после десорбции 0,049%. Исходя из этого, вычислим количество бутанола, находящегося в угле после адсорбции:
А так же количество бутанола, оставшегося в угле после десорбции:
Таким образом, количество бутанола, поглощаемого за одну операцию, будет равно:
.
Продолжительность адсорбции:
.
Операционный объем паровоздушной смеси
Заключение
Задачей данной работы была разработка эффективной системы очистных сооружений отходящих газов от паров органических растворителей, а так же выбор и расчет геометрических параметров основного аппарата. Предложенная схема отвечает всем заданным параметрам и обеспечивает снижение концентраций до предельно допустимой нормы.
Был выполнен чертеж основного аппарата — вертикальный адсорбер периодического действия с неподвижным слоем адсорбента на формате листа А4. А так же представлена технологическая схема процесса адсорбции паров н-бутанола из отходящих газов.
1. Редин, В.И., Князев, А. С. Проектирование природоохранных объектов: учебное пособие / В. И. Редин, А. С. Князев. — СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2010. 72 с.
2. Ветошкин, А. Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды: Учеб. пособие для вузов / А. Г. Ветошкин. — П.: Высш. шк., 2008. — 639 с.
3. Дороговцева, А. А. Практические работы по дисциплине экономика природопользования: методические указания / А. А. Дороговцева. — СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. — 52 с.
4. Ветошкин, А. Г. Процессы и аппараты газоочистки.: Учеб. пособие/ А. Г. Ветошкин. — Пенза.: ПГУ, 2006. — 297 с.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю. И. Дытнерского, 4-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2008 — 496 с.
6. Серпионова, Е. Н. Промышленная адсорбция паров и газов. Изд. 3-е переработ. и доп. Учебное пособие для студентов химико-технологических специальностей вузов / Е. Н. Серпионова. — М.: Высш. шк.,
2005. — 416 с.
7. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для студентов хим. — технолог. Спец. вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Под редакцией П. Г. Романкова. — 10-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Альянс, 2004.
8. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию / Под ред. Ю. И. Дытнерского. — М.: Химия, 2008.
