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

.1Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту

.2Адсорбери з рухомим шаром адсорбенту

.3Адсорбери 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 <#"justify">Практичне значення цієї теми полягає у впровадженні процесів очищення повітря від промислових газових викидів, переваги тих чи інших апаратних устаткувань на промислових підприємствах, різні типи і функціональні особливості апаратів.

Актуальність цієї теми є досить вагомою в теперішній час, оскільки промислово-індустріальний фактор досить широко чинить вплив, зокрема на атмосферне повітря, його складові і необхідним є більш широке впровадження газоочисних технологій, активно застосовувати їх на промислових підприємствах. [2]

В даний час розроблено і випробувано в промисловості велика кількість різних методів очищення газів від технічних забруднень: NOx, SO2, H2S, NH3, оксиду вуглецю, різних органічних і неорганічних речовин.

Адсорбційний метод є одним з найпоширеніших засобів захисту повітряного басейну від забруднень. Основними промисловими адсорбентами є активоване вугілля, складні оксиди і імпрегновані сорбенти.

Для проведення процесів адсорбції розроблена різноманітна апаратура. Найбільш поширені адсорбери з нерухомим шаром гранульованого або стільникового адсорбенту. Безперервність процесів адсорбції і регенерації адсорбенту забезпечується застосуванням апаратів з киплячим шаром

Найбільшого поширення набули адсорбційні методи витягання з газів, що відходили, розчинників, зокрема хлорорганічних. Це пов'язано з високою ефективністю процесу очищення газів (95-99%), відсутністю хімічних реакцій утворення вторинних забруднювачів, швидкою окуповуваністю установок (зазвичай 2-3 року) рекуперацій, завдяки повторному використанню розчинників і тривалим (до 10 років) терміном служби. Ведуться активні роботи по адсорбційному витяганню з газів оксидів сірки і азоту.[3],[4]


1. Адсорбція


Адсорбція - поглинання якої-небудь речовини з газоподібної суміші чи розчину поверхневим шаром рідини або твердого тіла. Речовина, на поверхні якої проходить адсорбція, називаєтеся адсорбентом, а та, що поглинається з обємної фази, - адсорбатом. Залежно від характеру взаємодії між молекулою адсорбату і адсорбентом адсорбцію прийнято поділяти на фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція обумовлена силами міжмолекулярної взаємодії, які звязують молекули в рідинах і деяких кристалах, та проявляється в поведінці сильно стиснутих газів. При хемосорбції молекули адсорбату і адсорбенту утворюють хімічні зєднання. Часто адсорбція обумовлена як фізичними так і хімічними силами, тому не існує чіткої границі між фізичною адсорбцією і хемосорбцією.

Установки, в яких здійснюють адсорбцію, називаються адсорберами. Існують адсорбери періодичної та безперервної дії.[4]

Адсорбція зазвичай проводиться на твердих адсорбентах, на яких адсорбуються гази або розчинені речовини. У процесі <#"17" src="doc_zip3.jpg" />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 <#"337" src="doc_zip5.jpg" />

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.

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 <#"justify">5. РОЗРАХУНОК


В результаті проведення розрахунків за вихідними даними, якими є витрата парогазової суміші та її температура, концентрація домішок і необхідний ступінь очищення, визначають оптимальні гідравлічні та конструктивні параметри, необхідну кількість адсорбенту й тривалість процесу адсорбції.

Матеріальний баланс по бензолу стадії адсорбції виражаємо рівнянням:


(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);

? - 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

0,1230,1480,1460,2340,2480,6160,2781,2590,3132,3440,3293,2360,3514,1690,3795,8880,4036,9180,4287,762

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 вязкості 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 обєм 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 - вязкість(визначаємо з рис.VI.ст.557)

=пит(питома поверхня)=800мг/г (АГ-5)

= 500 кг/м3 (АГ-5)= =


Висновки


У даному курсовому проекті розглянуто процес адсорбції. Поглинання оцтової кислоти з газової суміші являє собою процес, який потребує відповідальності та чіткого контролю. У технологічній схемі працюють адсорбційні установки з нерухомим шаром адсорбенту.

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 <#"justify">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


Теги: Адсорбційна установка періодичної дії  Курсовая работа (теория)  Экология
Просмотров: 39733
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Адсорбційна установка періодичної дії
Назад