Адсорбер периодического действия с неподвижным зернистым слоем адсорбента

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Июня 2012 в 10:43, курсовая работа

Описание работы

В данной курсовом проекте будет рассмотрен процесс адсорбции этилового спирта. Адсорбцию широко используют для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы.

Файлы: 1 файл

курсовая.doc

— 188.00 Кб (Скачать файл)

     Эффективность работы адсорбционной установки в первую очередь зависит от соответствия способа организации процесса, физико-химических характеристик обрабатываемых газов и адсорбента. По расходу, температуре, влажности, давлению отбросных газов, концентрации загрязнителя и его свойствам подбираются вид адсорбента, конструкция аппарата, вид адсорбции, режим обработки. В данной, курсовой был выбран адсорбер с неподвижным слоем адсорбента - активного угля АР-А, периодической обработки и физическим процессом адсорбции.

     Адсорберы периодического действия используются в тех случаях, если обрабатывается достаточно большое количество газа или если газ содержит значительные концентрации сорбата, что делает выгодным регенерацию сорбента, а также, если стоимость свежего сорбента превышает стоимость регенерации.

     Адсорберы периодического действия с неподвижным  слоем поглотителя имеют различное  конструктивное исполнение. В данной, работе представлен адсорбер вертикальный цилиндрический с вертикальным кольцевым  слоем адсорбента.

     Недостатками  вертикального расположения адсорбента является неравномерность слоя по высоте, которая образуется при загрузке, а также в процессе эксплуатации из-за неравномерности усадки от истирания, уноса и других причин. При работе адсорбера через зоны с меньшим сопротивлением проходит большее количество отбросных газов, что ухудшает степень очистки. Неравномерность слоя адсорбента возрастает с увеличением сечения аппарата. Поэтому пропускная способность адсорберов с вертикальным слоем адсорбента обычно не превосходит 1…1,5 м3/с.

     Непрерывность очистки обеспечивают компоновкой  адсорберов, одновременно задействованных  на различных стадиях процесса, в  две группы по три. То есть, в первой группе проходит процесс адсорбции, а во второй группе – последовательно  протекают стадии десорбции, сушки, охлаждение адсорбента. При этом суммарная продолжительность стадий десорбции, осушки и охлаждения должна быть равна продолжительности адсорбции.

     Процесс начинается с подачи исходной смеси  в установку через штуцер для  подачи паровоздушной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха (Г). Паровоздушная смесь заполняет пространство между внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой перфорированной корзины, содержащей адсорбент – активный уголь АР-А). Затем исходная смесь проникает через слой адсорбента, где протекает процесс массообмена, то есть происходит очищение исходной смеси. Очищенный воздух выводится через центральный нижний штуцер (Д). Полученный в результате процесса конденсат отводят через штуцер (Ж) предназначенный для отвода паров и конденсата при адсорбции, десорбции и для подачи воды. Для проведения процесса при определенной температуре устанавливается термометр в гильзу для термометра (З1). Адсорбент (активный уголь) не способный к регенерации удаляют из перфорированной корзины через разгрузочный люк (К5 7). Свежий адсорбент загружают в корзину через загрузочный люк (К1 4).

 

      4. Расчет адсорберов периодического действия 

     Исходные  данные задания № 22:

     Расход  парогазовой смеси V0 = 60000 м3 (при нормальных условиях); температура смеси t = 20 0С; давление P = 0,2 МПа; начальная концентрация этилового спирта 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∙10-5 Па∙с. Адсорбент – активный уголь АР-А (насыпная плотность ε = 0,375, эквивалентный диаметр dэ = 0,0015 м). Тип аппарата – кольцевой адсорбер (наружный диаметр слоя адсорбента Dнар = 3 м, внутренний диаметр Dвн = 1,6 м).

     Решение:

     1) Определим необходимое сечение слоя адсорбента

       м2,

     где принимаем 0,28

       м2,

     где Н = 5,2 м (размер из каталога).

     2) Определим необходимое количество  адсорбентов

       адсорбера.

     Для того чтобы обеспечить необходимую  рабочую поверхность необходимо 3 абсорбера.

     3) Определим высоту единицы переноса 

       

     предварительно  определим числа Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта:

     - число Рейнольдса 

     - число Прандтля

     где м2/с (приложение № 7)

     т.к. , то число Нуссельта будет рассчитываться по формуле

     

      => c-1

       м.

     4) Построим изотерму адсорбции

     β = 0,61 (приложение № 20)

      ; ;

     для бензола:

       Па.

     Для этилового спирта:

       Па.

       0С

       

     Расчетные и справочные величины сведем в таблицу 2.

 

      Таблица 2 - Справочные и расчетные значения координат точек изотерм адсорбции бензола и этилового спирта активным углем АР-А

Точка 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 изотерма изображена на рисунке 2.

     5) Строим рабочую линию

     Определим координаты точек: 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  Хк определяют из уравнения материального баланса процесса 

      , 

     где при Yн = 0,008 ; Х*=249.

     Для определения Vад используем выражение 

       м3/с. 

     Тогда  

       кг/м3. 

     Точка А(0;0,0004), точка В(191,6;0,008).

     Полученная  рабочая линия изображена на рисунке 2.

     6) Определим число единиц перенос  Nу методом графического интегрирования.

     Задаем  ряд значений Y в интервале [Yн - Yк], определяем Y*. Полученные данные сводим в таблицу 3. 

     Таблица 3 - Значения параметров 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 0,0004 2500

 

     Указанная графическая зависимость представлена на рисунке 3.

     Определяем  площадь под кривой, ограниченной ординатами Yн = 0,008 кг/м3 и Yк = 0,0004 кг/м3.

     Число единиц переноса определяют из выражения 

       

     где

      - масштаб по оси  ;

      - масштаб по оси .

      .

     7). Определим высоту адсорбционного  слоя из выражения

       м.

     Из  конструкционных соображений принимаем  Н=0,1 м.

     8). Определим объем слоя адсорбента  по формуле

       м3. 

     9). Определим продолжительность адсорбции

     так как рабочая линия расположена  в двух областях изотермы адсорбции, то:

     - для первой области 

       

     откуда 

      дней

     здесь b = 1,19 (приложение №21), так как

     

     - для второй области 

       

     10) Определим сопротивление слоя  адсорбента  

       , 

     где кг/м3∙с ,

        

     Анализ  задания и литературных данных произведенных  в ходе курсового проекта позволил определить технологическую схему  проведения процесса для достижения поставленных целей. Эта схема была оформлена на первом листе курсового  расчета и представлена в приложении на формате А1 (технологическая схема выполнена в программе КОМПАС – 3D LT 5.11).

     В ходе курсового проекта были произведены  технологические расчеты по современным  методикам, позволяющие выбрать  тип адсорбера и гидродинамические  сопротивления аппарата.

     По  результатам расчета был выполнен чертеж кольцевого адсорбера полностью  соответствующего результатам расчетов. Адсорбер выполнен по современным каталогам  и соответствует действующим  стандартам.

 

      Заключение 

     В данной курсовом проекте был рассмотрен процесс адсорбции. Это широко используемый процесс для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы.

     В данном курсовом проекте также были:

  • произведены выбор и разработка технологической схемы процесса улавливания этилового спирта;
  • выполнен чертеж технологической схемы расположения адсорберов;
  • представлен технологический расчет вертикального кольцевого адсорбера периодического действия, действие которого основано на процессе адсорбции с использованием адсорбента активного угля АР-А;
  • а так же выполнен чертеж общего вида аппарата.

 

      Список библиографических  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: Учебное пособие для вузов. – 22-е изд., исправленное/Под ред. Рабиновича В.А. – Л.: Химия,1982 г.
  3. Под ред. Ю.А. Золотова, Е.Н. Дорохова и др. Основы аналитической химии.- М.; Химия, книга 2, -2000 г.
  4. А.С. Тимонин Инженерно-экологический справочник. Т 1. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003 г.

Информация о работе Адсорбер периодического действия с неподвижным зернистым слоем адсорбента