Абсорбция двуокиси серы
Определить концентрации SO2 на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонны, необходимую поверхность и высоту слоя насадки в колонне. Коэффициенты массоотдачи: в газовую фазу = 31,3 м/ч; в жидкую фазу = 0,438 м/ч. Для построения линии равновесия использовать следующие величины, полученные на основе экспериментальных данных при t = 20? С: Рассчитать аспирацию и отопление… Читать ещё >
Абсорбция двуокиси серы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт Дистанционного Образования Специальность Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов КУРСОВАЯ РАБОТА Дисциплина: Техника защиты окружающей среды Томск 2014
Содержание Задание 1
Задание 2
Список используемой литературы Приложение Задание 1
В колонне с насадкой из колец Рашига 50*50*5 происходит водная абсорбция двуокиси серы из ее смеси с воздухом. Колонна работает при следующих условиях: расход газа V м3/ч, концентрация SO2 в газе: на выходе y1 м.д.; на выходе y2 м.д.; концентрация SO2 в растворе на выходе в колонну x2 = 0 м.д.; расход абсорбента L = 1,16*Lmin м3/ч; средняя температура в колонне t = 20? С; диаметр колонны dk м.
Определить концентрации SO2 на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонны, необходимую поверхность и высоту слоя насадки в колонне. Коэффициенты массоотдачи: в газовую фазу = 31,3 м/ч; в жидкую фазу = 0,438 м/ч. Для построения линии равновесия использовать следующие величины, полученные на основе экспериментальных данных при t = 20? С:
x | 5,63*10−5 | 1,405*10−4 | 2,80*10−4 | 4,21*10−4 | 5,62*10−4 | 8,43*10−4 | 1,405*10−3 | |
y* | 6,60*10−4 | 1,580*10−3 | 4,21*10−3 | 7,63*10−3 | 1,12*10−2 | 1,855*10−2 | 3,42*10−2 | |
Дано | V | y1 | y2 | dk | |
0,03 | 0,006 | ||||
Составление материального баланса Определение расхода инертного газа
= = 108,9 кмоль/ч.
Определение количества SO2, абсорбируемого в колоне
= 108,9* = 2,71 кмоль/ч.
Определение минимального расхода абсорбирующей воды где — равновесная концентрация SO2 в жидкой фазе, соответствующая концентрации в газовой фазе. Для определения необходимо построить линию равновесия. Из рисунка 1 получаем = 0,997.
Подставив эту величину в предыдущее уравнение, получим
= 2737,37 кмоль/ч.
Определение действительно расхода воды
= 1,16* = 1,16*2737,37 = 3175,35 кмоль/ч.
Конечную концентрацию SO2 в растворе можно найти из соотношения
* =
Так как, то = = 0,85 м.д.
Построение рабочей линии Из уравнения материального баланса известно, что
=
=
Отбрасывая в знаменателе величину, пренебрежимо малую по сравнению с 1, получим уравнение рабочей линии
x = 0,0343* - 0,21.
Равновесная и рабочая линии приведены на рисунке 1 (Приложение).
Определение концентрации SO2 на поверхности раздела фаз Для любой точки с координатами y и x значения концентраций на поверхности раздела фаз находятся на пересечении линии равновесия с прямой, выходящей из этой точки и имеющей тангенс угла наклона
— = ;
Так как концентрации выражены в мольных долях, то и коэффициенты массоотдачи необходимо пересчитать в соответствующие единицы
= = = 1,3 кмоль/(м2*ч*);
= 0,438* = 0,438* = 24,3 кмоль/(м2*ч*).
Тангенс угла наклона соответствующих прямых
m = - = - = -18,7.
На рисунке 2 (Приложение) из различных точек рабочей линии проводим прямые с угловым коэффициентом m = -18,7. На пересечении этих прямых с линией равновесия получаем соответствующие значения концентрации SO2 на поверхности раздела фаз. Полученные значения сводим в таблицу 2.1.
Для определения поверхности насадки воспользуемся уравнением
= **dy.
Интеграл можно вычислить либо графически, либо численно с помощью метода трапеций или метода Симпсона.
Проводим графическое интегрирование путем планирования площади под кривой на графике зависимости от (рисунок 2 (Приложение)), который построен по данным таблицы 2.1.
Таблица 2.1
Определение поверхности насадки методом графического интегрирования
x | y | xгр | yгр | 1-y | 1-yгр | (1-y)ср | y-yгр | (1-y)ср/((1-y)*(y-yгр)) | ДS | |
0,0 | 0,005 | 0,122 | 0,0020 | 0,981 | 0,984 | 0,998 | 0,003 | 300,9 | 1,30 | |
0,122 | 0,0088 | 0,35 | 0,0056 | 0,995 | 0,997 | 0,993 | 0,003 | 299,26 | 1,31 | |
0,35 | 0,013 | 0,55 | 0,0097 | 0,991 | 0,995 | 0,991 | 0,003 | 298,09 | 1,35 | |
0,55 | 0,017 | 0,69 | 0,0141 | 0,990 | 0,993 | 0,990 | 0,002 | 285,81 | 0,96 | |
0,69 | 0,022 | 0,88 | 0,0188 | 0,987 | 0,991 | 0,989 | 0,002 | 279,60 | 0,98 | |
0,88 | 0,026 | 0,100 | 0,0233 | 0,985 | 0,990 | 0,985 | 0,002 | 286,31 | 1,00 | |
0,100 | 0,030 | 0,119 | 0,0270 | 0,982 | 0,986 | 0,980 | 0,003 | 294,31 | 1,00 | |
0,119 | 0,034 | 0,135 | 0,0312 | 0,979 | 0,985 | 0,979 | 0,003 | 299,74 | 1,00 | |
0,135 | 0,0375 | 0,142 | 0,0350 | 0,976 | 0,981 | 0,977 | 0,002 | 301,67 | 1,08 | |
0,142 | 0,0400 | 0,165 | 0,0378 | 0,970 | 0,976 | 0,970 | 0,002 | 315,30 | ||
S | 9,98 | |||||||||
Планирование площади под кривой в пределах между = 0,03 и = 0,006 дает = 9,98.
Воспользуемся методом трапеций
.
Расчеты приведены в таблице 2.1. Искомое значение равно 11,91. Таким образом, оба метода дают сравнимые результаты.
Поверхность насадки = = 9,98.
Средний расход газа в колонне находим, усредняя расходы газа на входе и выходе из колонны
= = = 124,8 кмоль/ч.
= - = 124,8 — 2,71 = 122,09 кмоль/ч.
= = = 123,45 кмоль/ч.
Усредняем также значения на входе и выходе из колонны по данным таблице 2.1:
= = 0,9789.
Следовательно= * 9,98 = * 9,98 = 985,63 м².
Высота насадки H =
При диаметре колонны dk = 1,26 м площадь поперечного сечения колонны будет равна = = = 0,7854 м², а удельная поверхность используемой насадки = 95 м2/ м3. Отсюда
H = = 13,21 м.
Задание 2
Рассчитать аспирацию и отопление прядильного корпуса завода вискозного шелка, производящего шелк по центрифугальному способу. Завод выпускает G кг шелка марки N60 в сутки. От одного прядильного места отсасывается W м3 воздуха в минуту. В цехе воздух имеет температуру t = 22?, влажность? = 55%; наружный воздух имеет температуру t = -35?, влажность? = 85%.
В цехе установлено М прядильных машин, имеющих в своем составе электродвигатель мощностью N кВт К прядильных мест. При прядении нити на каждом прядильном месте происходит охлаждение прядильного раствора на 1С?, при этом выделяется 290 кДж/ч тепла и 56 г/ч влаги. В цехе работает в смену 220 человек. Тепловыделения от одного человека составляют 0,12 Вт. диоксид сера аспирация Кубатура цеха составляет V м3 при средней высоте 5 м, соотношении длины к ширине здания 5:3. Площадь перекрытия в 1,5 раза больше площади пола. Площадь остекления составляет 30% от площади стен. Количество приточного воздуха принять равным 90% от количества вытяжного воздуха.
Коэффициент теплопередачи:
Кирпичной кладки, Вт/(м2*К) | 1,05*10−3 | |
Остекления, Вт/(м2*К) | 2,68*10−3 | |
Пола, Вт/(м2*К) | 6,98*10−4 | |
Перекрытия, Вт/(м2*К) | 9,31*10−4 | |
Вытяжка осуществляется вентиляторами низкого давления У-16 (производительность 24 м3/с, напор 60 мм вод. ст., к.п.д. 0,6). Для подогрева воздуха использовать пластинчатые калориферы марки КФС-12 с поверхностью нагрева 61,6 м².
Дано | G | W | M | N | K | V | |
1,5 | |||||||
Расчет отсоса воздуха Отсос воздуха в прядильном цехе составляет
= = 207 м3/с.
Для обеспечения такой вытяжки необходимо установить
= 9 вентиляторов.
Количество приточного воздуха составит
= 0,9* = 0,9*207 = 186,3 м3/с.
Для подачи свежего воздуха в цех устанавливаем те же вентиляторы У-16 в количестве
= 8 штук.
При кубатуре прядильного цеха V =40 000 м3 кратность обмена воздуха в цехе составит
= 17 раз в час.
Расчет необходимого количества калориферов
1) Летний период Расчет тепловыделений от электродвигателей
= 18*56*1= 1008 кВт, Где — коэффициент искусственного отвода тепла, равный 1.
Расчет тепловыделений за счет охлаждения прядильного раствора
= = 667,64 кВт.
Расчет тепловыделений от работающего персонала
= * = 220*0,12 = 26,4 кВт.
Избыток тепла составит
=++= 1008+667,64+26,4 = 1702,04 кВт.
Примем, что в летний период времени теплопотери через стены, окна и перекрытия цеха отсутствуют.
Тогда, теплосодержание воздуха повышается на
= = 7,61 кДж на 1 кг воздуха, где — плотность воздуха, кг/м3.
В летний период времени воздух с t = 23С?, влажность ?=55% согласно диаграмме Рамзина (рисунок 3) имеет влагосодержание d = 9,9 г/кг и теплосодержание I = 48,2 кДж/кг.
В связи с тем, что на каждом прядильном месте с поверхности осадительной ванны выделяется 56 г влаги в час, или всего в цехе выделяется влаги
= = 128,92 г/с, влагосодержание воздуха повышается на = = 0,58 г/кг.
Параметры воздуха в цехе:
при = 48,2+7,61 = 55,81 кДж/кг, = 9,9+0,58 = 10,48 г/кг = 0,1 048 кг/кг и t = 23С? по диаграмме Рамзина (рисунок 3 (Приложение)) находим ?=65%.
Таким образом, в летний период приточный воздух не нуждается ни в подогреве, ни в увлажнении.
2) Зимний период Тепловыделения остаются без изменения, т. е.
= 1702,04 кВт.
Для учета теплопотерь через стены, окна и перекрытия, произведем расчет геометрических размеров здания цеха (длину l и ширину m здания).
Площадь пола составит
= = 8000 м².
Длина и ширина здания
= = = 69,3 м, = = 115 м.
Тогда площадь стен составит
= = 1843 м².
Площадь остекления составит
= 0,3 * = 0,3*1843 = 552,9 м².
Площадь перекрытий составит
= 1,5 * = 1,5*8000 = 12 000 м².
Расчет теплопотерь через стены, окна и перекрытия от наружных стен
= *(-)*(-) = 1,05*10−3*(1843−552,9)*(23+35) = 78,567 кВт;
от остекления
= **(-) = 2,68*10−3*552,9*(23+35) = 85,943 кВт;
от пола
= **(-) = 6,98*10−4*8000*(23+35) = 323,872 кВт;
от перекрытия
= **(-) = 9,31*10−4*12 000*(23+35) = 647,976 кВт.
Всего теплопотери составляют
=+++ = 78,567+85,943+323,872+647,976 = 1136,358 кВт.
Таким образом, зимой в прядильном цехе наблюдается избыток тепла
= - = 1702,04 — 1136,358 = 565,682 кВт.
Параметры наружного воздуха зимой
= -35С?; ?2 = 85%; = -39,4 кДж/кг; d2 = 0,1 г/кг.
Испарение влаги с поверхности нити и осадительной ванны увеличивают влагосодержание воздуха до d3 = d2 + = 0,1 + 0,58 = 0,68 г/кг, а теплосодержание до =+= -39,4+0,68*(1,01+1,97*0,85)*103 = -39,40 кДж/кг, где = сВ +сП*; - относительная влажность воздуха, выраженная в долях; сВ и сП — средние теплоемкости воздуха и водяного пара соответственно, кДж/(кг*К).
Таким образом, в зимний период времени приточный воздух должен быть подогрет до температуры
= - = 23 — = 23 — 2,50 528 = 20
и увлажнен на = d1 — d3 = 10,48 — 0,68 = 9,8 г/кг.
Удельная нагрузка на калориферы
q =
где — тепло, пошедшее на нагрев приточного воздуха от до; - тепло, пошедшее на испарение влаги.
= ** *(-) = 186,3*1,2*1,01*(20+35) = 12 419 кВт
= ***r = 186,3*1,2*0,0098*2442 = 5350 кВт где r — удельная теплота парообразования при = 23.
Для нагревания калориферов используется пар с давлением 0,2 Мпа имеющим температуру = 132,9.
Средняя разность температур составит
= = = -7,5.
Тогда q = = 126,56 кВт.
Общая поверхность теплопередачи составит
= = 3049,6 м²,
где — коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателей при вынужденном течении теплоносителей, Вт/(м2*К).
Необходимо установить калориферов
= 50 штук.
Расход пара с давлением 0,2 МПа составит
= = = 8,18 кг/с, где удельная теплота конденсации пара с давлением 0,2 МПа.
В расчете на 1 кг выпускаемого волокна расход пара составит
= = = 57,50 кг.
Список используемой литературы
1. Ляпков А. А. Технология производств очистки промышленных выбросов. — Томск: 2002. — 250 с.
2. Родионов А. И., Клушин В. Н. Техника защиты окружающей среды. — М.: Химия, 2002. — 512 с.
3. Родионов А. И., Кузнецов Ю. П., Соловьев Г. С. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов. — М.: Химия, КолосС, 2005. — 390 с Приложение Рисунок 3 Диаграмма Рамзина для влажного воздуха