РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ПО ОЧИСТКЕ ВОЗДУХА ОТ ПАРОВ АЦЕТОНА

Насадочные абсорберыНасадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки и т. д.). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создать значительные поверхности массопередачи.Рис.6. Насадочный абсорбер:а – со сплошной загрузкой насадки; б – с послойной загрузкой насадки; 1 – поддерживающие решетки; 2 – насадка; 3 – устройство для распределения жидкости; 4 – перераспределитель; 5 – желоб; 6 – патрубок.Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер, вследствие чего насадочные абсорберы можно рассматривать как разновидность пленочных. В то же время между насадочными и пленочными абсорберами, в том числе абсорберами с листовой насадкой, имеются различия. В пленочных абсорберах пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, тогда как в насадочном — лишь по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капель через расположенные ниже слои насадки.При определенных условиях пленочное течение жидкости в насадочных абсорберах нарушается, и контакт между газом и жидкостью осуществляется в режиме барботажа.Насадочный абсорбер (рис. 6.) состоит из колонны, в которой помещена поддерживающая решетка 1; на этой решетке уложен слой насадки 2. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства 3. В показанном на рис. 6., а абсорбере насадка уложена сплошным слоем по всей высоте. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки (рис. 6.,б). В некоторых случаях при послойной укладке насадки между отдельными4 для перераспределения жидкости.Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Прямоток (нисходящий) применяют довольно редко. Однако в последнее время большое внимание уделяют созданию прямоточных насадочных абсорберов, работающих с большими скоростями газа (до 10 м/с). При таких скоростях, которые в случае противотока недостижимы из-за наступления захлебывания, интенсифицируется процесс и уменьшаются габариты аппарата; гидравлическое сопротивление при прямотоке значительно ниже, чем при противотоке.Недостаток насадочных абсорберов — трудность отвода тепла в процессе абсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используя выносные холодильники. Предложенные конструкции абсорберов с внутренним отводом тепла при помощи помещенных в насадку охлаждающих элементов не получили распространения.ВыводВ настоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы имеют большие объемы.На основании литературного обзора была выбрана абсорбционная колонна насадочного типа, т.к. такие аппараты по сравнению с другими типами абсорберов менее громоздки, имеют простую конструкцию, могут использоваться при работе с агрессивными средами, имеют низкое гидравлическое сопротивление. 2. Расчет абсорбераДля очистки воздуха от паров ацетона рассчитаем насадочный абсорбер, заполненный керамическими кольцами, размером 25х25х3 мм. Абсорбент – вода.Исходные данные:Расход воды, L = 2800 кг/чРасход воздуха, Q = 1200 м3/чНачальная концентрация ацетона в воздухе, yн = 4%Степень поглощения, Cn = 0,96Средняя температура в абсорбере, T = 293 KКоэффициент массопередачи, Ky = 0,4 Коэффициент смоченности насадки, ψ = 1Уравнение линии равновесия, Y* = 1,68xРасчет1.Определение количества поглощаемого ацетона (М):где Q - расход воздуха (м3/ч);yн - начальная концентрация ацетона в воздухе;Cn- степень поглощения (доли единицы).M = (1200*0,04*0,96) / ((1-0,04)*22,4) = 2,143кмоль/ч2.Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой в верхнюю часть абсорбера, равна 0.Хв = 0Концентрация поглощенного ацетона в нижней части абсорбера:где Мвода= 18 г/моль = 18 кг/кмольХн = 2,143/(2800/18) = 2,143/165,555= 0,0138 кмоль ацетона/ кмоль воды3.Начальная концентрация ацетона в воздухе в нижней части при входе в абсорбер:Yн= 0,04/(1-0,04) = 0,0417 кмоль ацетона/ кмоль воздухаКонечная концентрация ацетона на выходе из абсорбера:Yв= 0,04*(1-0,96)/(1-0,04) = 0,0017 кмоль ацетона/кмоль воздуха4.Нахождение движущей силы абсорбции в нижней части абсорбера:∆Yн = Yн– Y*н = Yн – 1,68Хнгде Yн* находится из уравнения Yн* = 1,68Xн, соответствующего низу абсорбера.Y*= 1,68*0,0138 = 0,0232∆Yн= 0,0417 - 0,0232 = 0,0185 кмоль ацетона/кмоль воздухаДвижущая сила в верхней части: ∆Yв = Yв–1,68Xв∆Yв= 0,0017 - 0 = 0,0017кмоль ацетона/кмоль воздуха5.Средняя движущая сила:∆Yср= (0,0185-0,0017)/2,3*lg(0,0185/0,0017) = 0,007кмоль ацетона/кмоль воздуха6.Нахождение требующейся поверхности массопередачи:F = M/Ку*∆Yсргде Ky = 0,4 - коэффициент массопередачи.F= 2,143 /( 0,007*0,4) = 765 м2.Объём слоя керамических колец (при Ψ = 1):V = F/σ где σ = 200м2/м3 (удельная поверхность насадки).V= 765/200 = 3,825 м37.Определение эффективной скорости газа wз в точке захлёбывания:где g= 9,8 м/с2,Vсв (свободный объём насадки) = 0,74 м3/м3,ρж (плотность воды при 293К) = 998 кг/м3, (плотность газа),где ρ0 (плотность воздуха при нормальных условиях) = 1,293 кг/м3,Т0 = 273К,Т (средняя температура в абсорбере) = 293К;µж (динамический коэффициент вязкости жидкости) = 1 мПа*с,, G - массовые расходы жидкости и газа (кг/ч);А = 0,022 (для насадки из колец и спиралей)ρг= 1,293*(273/293) = 1,293*0,9317 = 1,2047кг/м3G = 1200*1,293 = 1552 кг/чРасчёт эффективной скорости газа из уравнения: (wз2*200*1,2047*10,16 / 9,8*0,743*998) = 0,022 - 1,75* (2800/1552)0,25 * (1,2047/998)0,125wз2*0,0620= 0,1408wз = 1,5070 м/с≈ 1,5 м/сПримем, что рабочая скорость газа составляет 0,75 от скорости захлебывания:;w = 0,75*1,5 = 1,1 м/с8.Нахождение площади поперечного сечения абсорбера: S= 1552/3600*1,1*1,2047 = 0,3254м29.Диаметр абсорбера:D = √4*0,3254/3,14 = √0,6581 = 0,64 м10.Требуемая высота насадки (Hн):;Hн = 3,825 м3/0,3254 м2= 11,75 мВыводДля очистки воздуха от паров ацетона разработана абсорбционная установка производительностью 1200 м3/ч, при требуемой поверхности массопередачи765 м2 диаметр насадочного абсорбера состовляет0,64 м; высота насадки (керамические кольца 25х25х3 мм) – 11,75 м.ЗаключениеЭффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость.Основные достоинства насадочных колонн является простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление. Недостатки: трудность отвода тепла и плохая смачиваемость насадки при низких плотностях орошения. Отвод тепла из этих аппаратов и улучшение смачиваемости достигаются путем рециркуляции абсорбента, что усложняет и удорожает абсорбционную установку. Для проведения одного и того же процесса требуются насадочные колонны обычно большего объема, чем барботажные.Насадочные колонны малопригодны при работе с загрязненными жидкостями. Для таких жидкостей в последнее время стали применять абсорберы с «плавающей» насадкой. В этих абсорберах в качестве насадки используют главным образом легкие полые или сплошные пластмассовые шары, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние.В результате технологического расчета основного аппарата были получены следующие значения:1) диаметр абсорбера 640мм;2) высота слоя насадки 11,75м; 3) производительность 1200 м3/чТаким образом, поставленная в курсовом проекте цель выполнена.Используемая литература1. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений / под ред. В.П. Панова.– М.: Издательский центр «Академия», 2008.– 320 с.2. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб.пособие / А.Г. Ветошкин.– М.: Высш.шк., 2008.– 397 с.3.Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. – 168 с.4.Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов. Учебное пособие по проектированию. – Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2003. - 189 с.5. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд. доп. и переработ.– М.:Химия, 1991.– 496 с.6. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для ВУЗов. Изд. 2. В 2 кн.– М.: Химия, 1995.7. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник / А.С. Тимонин; 2-е изд. доп. и переработ. – Калуга: Издательство И. Бочкаревой, 2002.– 1007 с.8. Экологические требования к установкам очистки газов: методическое пособие / Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ.– СПб, 1996.–  с.9. Оборудование и сооружения для защиты биосферы от промышленных выбросов: учеб.пособие / А.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, В.В. Зенков, Г.С. Соловьев. — М.: Химия, 1985.–  с.10. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учебник / под ред. В. И. Ксензснко. — М. : Химия, 2001 (Изд. 2-е, стереотип. — М. :КолоС, 2003.) 11. Охрана окружающей среды: учеб.пособие для студентов вузов / С. В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. школа, 1991.- 319 с.12. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики/: Учебник для студентов технических и технологических специальностей. 3-е изд., перераб. и доп. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 200.- 800 с., ил, табл. С. 14-15. 13. Токсикологическая химия: Учебник для вузов / Под ред. Т.В. Плетеневой.- М.: ГЭОТАР-Медиа,2005. - 512 с. С. 331.14. Трифонов К.И., Девисилов В.А. Физико-химические процессы в техносфере: Учебник. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2007. – 240 с.: ил. – (Высшее образование).15. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии, книга вторая, М., Химия, 1981. – 460 с.16. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии»; изд. «Химия», М., 1971. – 190 с.17. Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, переработ. И доп. М., «Химия», 1976. – 486 с.18. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. М. – Л.: Наука. 1966. - 640 + 786 с.19.Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.20. Александров А.И. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Изд. 3-е. М.: Химия, 1978. - 280с.ПРИЛОЖЕНИЕ 1Схема насадочного абсорбера