Вивчення схеми технологічного процесу очищення стічних вод від ізобутанолу та розрахунок окремих її елементів

Вивчення схеми технологічного процесу очищення стічних вод від ізобутанолу та розрахунок окремих її елементів

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА

Тема роботи:

Вивчення схеми технологічного процесу очищення стічних вод від ізобутанолу та розрахунок окремих її елементів

Загальні відомості та схема очищення води

Найбільш поширений прийом очищення стічних вод від органічних домішок - біохімічний. Але при виробництві синтетичної продукції, наприклад, віскози в стічні води потрапляють штучні органічні речовини, такі як ізобутанол, диметилацетомид та ін., які біоценози не здатні переробляти в нешкідливі домішки. Тоді для видалення зі стічних вод цих забруднень застосовують більш дорощий, але ефективний прийом-адсорбцію. В якості сорбенту беруть активоване вугілля. В адсорбційних фільтрах (колонах) забруднюючі домішки приєднуються (прилипають) до вугілля. Регенерацію вугілля здійснюють за допомогою хлороформу, а десорбцію хлороформу-водяною парою.

На рис.1 зображена схема очищення стічних вод, які утворюються при виробництві віскози від ізобутанолу.

Стічна вода, що містить органічні домішки, надходить в адсорбційний фільтр 1. Після використання адсорбційної ємності адсорбенту залишки води з адсорбенту скидають за допомогою відповідного трубопроводу в збірник неочищених стічних вод. Потім з ємкості 2 у колону подають розчинник-хлороформ. Після повного заповнення шару адсорбенту, що регенерується хлороформом, розчинник зливається через переливний пристрій у ємкість 12. Звідси хлороформ, що містить вилучені з активованого вугілля сполуки, подається в теплообмінник 11, де підігрівається до температури кипіння, і далі у ректифікаційну колону 4. Пара хлороформу через верхню частину колони потрапляє в конденсатор 3 і далі в ємкість 2, а потім знову на адсорбент, який регенерується. Отже за час регенерування адсорбент багато разів промивають чистим хлороформом. Органічні речовини, які вилучаються з води вугіллям, концентруються в кубовий рідині ректифікаційної колони. Кубова рідина після охолодження в охолоднику 9 надходить на вакуумну відгонку ізобутанолу.

Після вилучення органічних речовин з пор активованого вугілля хлороформом здійснюють відгонку (регенерацію) хлороформу водяною парою. Для цього в адсорбційну колону подають пару. Подавання пари припиняють, коли об’єм конденсату дорівнює 1% об’єму очищеної води. Після охолодження конденсат подають у відстійник-розподільник 7, де відбувається відділення хлороформного шару від водного. Хлороформний шар після підігрівання до температури кипіння надходить до ректифікаційної колони, а вода, що містить розчинений хлороформ, у допоміжний адсорбер 6, звідки відокремлений хлороформ утилізується в тій же системі регенерації вугілля, а вода-в колектор очищених стічних вод. Регенерування активованого вугілля в допоміжному адсорбенті здійснюють водяною парою.

Завдання

Розрахувати адсорбер та визначити об’єми подачі хлороформу та водяної пари.

Для розрахування адсорберу в табл.1 наведені слідуючі вихідні дані: витрата стічних вод Q, швидкість фільтрування u, висота шару завантаження Н, питома вага Y і порозність активованого вугілля ρ, концентрація забруднюючих речовин С.

При визначенні параметрів розчинника насамперед виходять з умов порозності вугілля V_n і об’ємів, що знаходяться в трубопроводах V₁=0,8 м³; в конденсаторі та теплообміннику V₂=1,1 м³; в ректифікаційній колоні V₃; в ємкості для хлороформу V₄.

Загальна витрата водяної пари П_заг складається з витрати динамічної ї пари П_д, та витрати нагрівної пари П_н, тобто

П_заг=П_д+П_н

Динамічна пара витрачається на десорбцію хлороформу з пор активованого вугілля.

Теплота нагрівної пари визначається із умов нагрівання всієї системи від 20 до 100°С, та складається з теплоти нагрівання адсорбенту Q_НС і теплоти на компенсацію теплових втрат Q_ВТ у навколишнє середовище. Теплоємність активованого вугілля дорівнює 1,26 кДж/кг.град. Тепловміст водяної пари при 105°С і тиску 101325 Па q становить 2365 кДж/кг.

Рис.1. Схема очищення СВ та регенерування активованого вугілля

1 і 6 - адсорбери;                                     5, 10, 11 - теплообмінники;

3, 8 - конденсатори;                                 9 - охолодник

4 - ректифікаційна колона;

Розв’язок

1. Визначаємо сумарну площу фільтрування

, м²       (м²)

2. Враховуючи, що діаметри стандартних фільтрів знаходяться в межах від 3 до 4 м (з градацією через 0,2 м), встановлюємо кількість фільтрів

,

де f - площа стандартного фільтра, м³

    при d=3,8 м  м²

3. Визначаємо сумарний об’єм активованого вугілля в адсорберах

V=n·H·f, м²                  V=4·2,4·11,335=108,82 (м²)

4. Визначаємо масу завантаження n фільтрів у за формулою:

G=γ·V, т               G=0,8·108,82=87,056 (т)

5. Так як адсорбуюча здатність 1т активованого вугілля ізобутанолу дорівнює 100кг, то увесь об’єм завантаження в n колонах може поглинути Р забруднюючих речовин

Р=100·G, кг          P=100·87,056=8705,6 (кг)

6. Щодоби на адсорбційний блок надходять такі маси органічних речовин:

W=Q·C, кг           W=3200·290=928 (кг)

7. Звідси час роботи блоку до регенерації становить:

8. Як зазначено вище, об'єм завантаження активованого вугілля в одному фільтрі дорівнює:

V_ф=H·f,м³                                                       V_ф=2,4·11,335=27,204 (м³)

9. Об'єм міжзернового простору дорівнює:

V_n=V_ф·ρ,м³                                                    V_n=27,204·0,48=13,058 (м³)

де ρ - порозность вугілля, %; ρ=48

10. Визначаємо мінімальний об'єм розчинника в системі, як

V_p=V_n+V₁+V₂+V₃+V₄                           V_p=13,1+0,8+1,1+4,2+5,2=24,4

11. Об'єм розчинника, що надходить в адсорбційну колону дорівнює

V_pк=V_n+V₁                                                       V_pк=13,1+0,8=13,9

12. Визначаємо витрату динамічної пари на всю кількість завантаження колони, виходячи з 0,8 кг пари на 1 кг вугілля

П_д=0,8·γ·V_ф,т                              П_д=0,8·0,8·27,204=17,41 (т)

13. Витрати теплоти на нагрівання сорбенту будуть дорівнювати:

Q_нс=γ·V_ф·(100-20)·1,26,кДж        Q_нс=0,8·27,204·(100-20)·1,26=2193,4 (кДж)

14. Теплові втрати дорівнюють приблизно 15% від Q_нс, тобто

Q_вт=0,15Q_нс, кДж                       Q_вт=0,15·2193,4=329 (кДж)

15. Сумарна потреба тепла Q_н на нагрівання системи дорівнює:

Q_н=Q_нс+Q_вт                                                      Q_н=2193,4+329=2522,4 (кДж)

16. Витрату нагрітої пари визначаємо за відношенням:

П_н= Q_н/g, кг         П_н= (кг)

17 Загальна витрата пари: