Устройство и принцип действия

3. Устройство и принцип действия

По способу организации процесса адсорбции представленные в данной курсовой работе аппараты являются аппаратами периодического действия. В них адсорбент находится в неподвижном состоянии и при достижении определенной (заданной) степени насыщения его необходимо заменить или регенерировать (десорбировать). На время регенерации процесс адсорбции прерывается.

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 (К_{5 7}). Свежий адсорбент загружают в корзину через загрузочный люк (К_{1 4}).

4. Расчет адсорберов периодического действия

Исходные данные задания № 22:

Расход парогазовой смеси V₀= 60000 м³/ч (при нормальных условиях); температура смеси t = 20 ⁰С; давление P = 0,2 МПа; начальная концентрация этилового спирта в воздухе у_н = 0,008 кг/м³; допустимая концентрация паров спирта за слоем адсорбента у_к = 0,0004 кг/м³. Плотность газовой смеси ρ_г = 1,2 кг/м³ (при нормальных условиях); вязкость газовой смеси μ_г = 2,5∙10^-5 Па∙с. Адсорбент – активный уголь АР-А (насыпная плотность ε = 0,375, эквивалентный диаметр d_э = 0,0015 м). Тип аппарата – кольцевой адсорбер (наружный диаметр слоя адсорбента D_нар = 3 м, внутренний диаметр D_вн = 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(Х_н, Y_к), точка В(Х_к, Y_н).

Согласно заданию Y_н = 0,008 кг/м³ , Х_н = 0 кг/м³, Y_к = 0,0004 кг/м³ .

Значение Х_к определяют из уравнения материального баланса процесса

,

где при Y_н = 0,008 ; Х^*=249.

Для определения Vадиспользуем 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 N_у методом графического интегрирования.

Задаем ряд значений Y в интервале [Y_н - Y_к], 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 Y_н = 0,008 кг/м³ и Y_к = 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.