Адсорбційна установка періодичної дії

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

.1      Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту

.2      Адсорбери з рухомим шаром адсорбенту

.3      Адсорбери 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 <#"732298.files/image003.gif">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 <#"732298.files/image005.gif">

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 (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 <#"732298.files/image011.gif">

(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);

β - 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

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 в’язкості 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 об’єм 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 - в’язкість(визначаємо з рис.VI.ст.557)

=пит(питома поверхня)=800мг/г (АГ-5)

= 500 кг/м3 (АГ-5)= =

Висновки

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 <http://ua-referat.com/Золото>, Є.М. Дорохова та ін Основи аналітичної хімії .- М.; Хімія, книга <http://ua-referat.com/Книга> 2, -2000 р.

.        Ливчак И.Ф. и другие. Охрана окружающей среды. - М.: Стройиздат, 1988. - 192 с.

.        Власенко В.М. Каталитическая очистка газов. - К.: „Техника”, 1973 200 с.

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