Проектирование установки для удаления из отходящих газов паров органических растворителей

Из сборника смесь идет на разделение (отстаивание, ректификация и т.д.)
Образовавшийся в адсорбере конденсат греющего пара (часть пара, идущего на нагрев системы до температуры процесса, на десорбцию извлекаемого компонента, на компенсацию отрицательной теплоты смачивания адсорбента водой и на компенсацию потерь теплоты) удаляется через гидрозатвор.
Воздух для сушки вентилятором нагревается в калорифере до 85 – 95°С, подается в адсорбер и удаляется адсорбера. Вентилятор подает и на охлаждение адсорбента атмосферный воздух, который удаляется из адсорбера. На этом цикл заканчивается, и адсорбер переключается на стадию адсорбции.

3. Расчетная часть

Расчет адсорбера системы ВТР периодического действия с неподвижным слоем абсорбента для улавливания паров н-бутанола
Ординаты и абсциссы точек изотермы бутанола вычисляются по формулам (1) и (2):
(1)
(2)
где а1* и a2* - концентрации адсорбированных бензола и бутанола, кг/кг;
V1 и V2 – молярные объемы бензола и бутанола в жидком состоянии, м3;
p1 и p2 – парциальное давление паров бензола и бутанола, мм рт. ст;
pс-1 и pс-2 – давление насыщенных паров бензола и бутанола при 21°С, мм рт. ст.;
T1 и Т2 - абсолютная температура бензола и бутанола при адсорбции (в данном случае Т1 — Т2 = 295° К);
β - коэффициент аффинности.
Молярный объем бензола:

Молярный объем бутанола:

Коэффициент аффинности:
.
На изотерме бензола берем ряд точек



Первая точка: a1* = 0,26 кг/кг; p1 = 9 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:



Вторая точка: a1* = 0,31 кг/кг; p1 = 58 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:




Третья точка: a1* = 0,16 кг/кг; p1 = 2 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:




Четвертая точка: a1* = 0,29 кг/кг; p1 = 21 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:




Пятая точка: a1* = 0,21 кг/кг; p1 = 2,6 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:


откуда

Шестая точка: a1* = 0,25 кг/кг; p1 = 11 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:


откуда

Седьмая точка: a1* = 0,23 кг/кг; p1 = 3,6 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:


откуда

Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, сводим в табл. 1.
Таблица 1
Изотерма бензола Изотерма бутанола a1*, кг/кг p1, мм рт. ст a2*, кг/кг p2, мм рт. ст 0,16
0,21
0,23
0,26
0,25
0,29
0,31 1,1
2,6
3,6
9
11
21
58 0,139
0,185
0,203
0,24
0,25
0,25
0,28 0,06
0,15
0,2
0,5
0,6
1,2
3,6
По найденным точкам строим изотерму бутанола для 21 ºС.



Определим с помощью изотермы статическую активность угля по бутанолу при концентрации паровоздушной смеси
Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, соответствующепо формуле (3):

(3)

По диаграмме абсциссе p0 = 0,62 мм рт. ст. соответствует ордината a0* = 0,26 кг/кг.
Так как на изотерме точка, соответствующая исходной концентрации паровоздушной смеси находится во второй области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4):
(4)
где
На основании вида изотермы

И соответствующая этой величине поглощения парциальная упругость паров бутанола по изотерме адсорбции Р1=0,056 мм.рт.ст

рабочая скорость газового потока;
H = 0,51 – высота слоя активного угля;
b – функция для

значение b = 1,85;
β– объемный коэффициент массо передачи, который вычисляется по формуле (5):
(5)
Где
Критерий Нуссельта определяется формулой (6):
(6)
(7)
(8)
Находим кинематический коэффициент вязкости воздуха. μ = 0,019 · 10-3 н · сек/м2, = 1,3 кг/м3
Диаметр частицы угля dэ = 0,002 м,
Скорость
Коэффициент диффузии при 0°С для системы бутанол – воздух:
Для температуры 21°С коэффициент диффузии вычисляется по формуле:
.
Тогда:



После подстановки получим объемный коэффициент массопередачи:

На основании
Определяем продолжительность процесса:

Диаметр адсорбера вычисляется по формуле:

Определим количество паровоздушной смеси, проходящей через адсорбер за 1343 мин:

Количество активного угля составляет:

Активность угля по парам бутанола составляет 4,3%. Остаточная активность угля по бутанолу после десорбции 0,049%. Исходя из этого, вычислим количество бутанола, находящегося в угле после адсорбции:

А так же количество бутанола, оставшегося в угле после десорбции:

Таким образом, количество бутанола, поглощаемого за одну операцию, будет равно:
.
Продолжительность адсорбции:
.
Операционный объем паровоздушной смеси


Заключение

Задачей данной работы была разработка эффективной системы очистных сооружений отходящих газов от паров органических растворителей, а так же выбор и расчет геометрических параметров основного аппарата. Предложенная схема отвечает всем заданным параметрам и обеспечивает снижение концентраций до предельно допустимой нормы.
Был выполнен чертеж основного аппарата – вертикальный адсорбер периодического действия с неподвижным слоем адсорбента на формате листа А4. А так же представлена технологическая схема процесса адсорбции паров н-бутанола из отходящих газов.

Список использованной литературы

1. Редин, В.И., Князев, А.С. Проектирование природоохранных объектов: учебное пособие / В.И. Редин, А.С. Князев. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2010. 72 с.
2. Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды: Учеб. пособие для вузов / А.Г. Ветошкин. – П.: Высш. шк., 2008. – 639 с.
3. Дороговцева, А.А. Практические работы по дисциплине экономика природопользования: методические указания / А.А. Дороговцева. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. – 52 с.
4. Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. : Учеб. пособие/ А.Г. Ветошкин. – Пенза.: ПГУ, 2006. – 297 с.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского , 4-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2008 – 496 с.
6. Серпионова, Е.Н. Промышленная адсорбция паров и газов. Изд. 3-е переработ. и доп. Учебное пособие для студентов химико-технологических специальностей вузов / Е.Н. Серпионова. – М.: Высш. шк., 2005. – 416 с.
7. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для студентов хим. – технолог. Спец. вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Под редакцией П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Альянс, 2004.
8. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 2008.














22