Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Адсорбція метанолу з газової суміші.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут хімії і хімічних технологій
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра хімічної інженерії
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Інститут хімії і хімічних технологій
Кафедра хімічної інженерії
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту на тему:
«Адсорбція метанолу з газової суміші»
Проектував:
Керівник проекту:
ЛЬВІВ – 2008
ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Розрахувати та запроектувати адсорбційну (іонообмінну) установку для поглинання речовини А з газової суміші за таких умов: V – витрата газової суміші (м3/с); Сп – початкова концентрація речовини А в суміші (кг/м3); СК – кінцева концентрація речовини А в суміші (кг/м3); Тс – температура суміші (0С).
ВСТУП
Під адсорбцією розуміють процес поглинання одного або декількох компонентів з газової суміші або розчину твердою речовиною – адсорбентом. Речовина, що поглинається – адсорбат.
Як адсорбенти застосовують пористі тверді речовини з великою питомою поверхнею, що зазвичай відноситься до одиниці маси речовини. Адсорбенти мають різні за діаметром капілярні канали – пори, які умовно можуть бути розділені на макропори (більше 2•10-4 мм), перехідні пори (6•10-6 - 2•10-4 мм), мікропори (2•10-6 - 6•10-6 мм). Характер процесу адсорбції визначають розміром пор.
В промисловості в якості поглиначів застосовують в основному – активоване вугілля і мінеральні адсорбенти (силікагель, цеоліти та ін.), а також синтетичні іонообмінні смоли (іоніти).
Процеси адсорбції широко застосовуються в промисловості при очищенні та осушуванні газу, очищенні та освітленні розчину, розділення сумішей газів або парів, зокрема при вилученні летких розчинників з їх суміші з повітрям та іншими газами (рекуперація летких розчинників).
Процеси адсорбції (як і інші процеси масопередачі) вибіркові і зазвичай оборотні. Завдяки їх оборотності можливе виділення поглинутих речовин з адсорбенту або проведення процесу десорбції.
Адсорбція застосовується головним чином при невеликих концентраціях поглинутої речовини у вихідній суміші, коли необхідно досягти практично повного вилучення адсорбтиву.
Адсорбційні установки з нерухомим шаром адсорбенту, не дивлячись на періодичність роботи кожного апарату, найбільш поширені в промисловості у зв’язку з труднощами використання рухомого шару і стирання адсорбенту.
Цикл роботи таких установок може включати чотири стадії: адсорбцію, десорбцію, сушіння та охолодження адсорбенту.
Опис технологічної схеми установки.
Газ, що містить метанол, газодувкою Г1 подається в адсорбер А1 заповнений активованим вугіллям. Попередньо газ проходить фільтр Ф, що існує для видалення пилу, вогнезатримувач Вз, який необхідний для запобігання поширенню вогню по трубопроводам у випадку спалаху парогазової суміші, і холодильник Х2. Після насичення шару адсорбенту, адсорбер А1 переключається на стадію десорбції. Адсорбент регенерується гострою водяною парою (тиск 0,1 – 0,4 МПа), яка подається знизу адсорбера.
Частина пари конденсується, віддаючи тепло на нагрів адсорбенту, матеріалу адсорбера і на компенсацію теплоти адсорбції. Пара, що лишилася, виносить пари адсорбата в конденсатор К, проходячи через циклон Ц, який затримує частинки адсорбенту. Конденсат, що являє собою суміш води і адсорбату охолоджується в холодильнику Х1 і подається в ємність Є1, поступаючи потім на розділення.
Сушіння адсорбенту здійснюється гарячим повітрям, що подається в адсорбер газодувкою Г2 через калорифер К1. Охолодження адсорбенту відбувається атмосферним повітрям, що подається газодувкою Г2 по обвідній лінії.
ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК
Для рекуперації летких розчинників та органічних речовин в основному в промисловості використовують активоване вугілля.
Діаметр і висота адсорбера.
Фіктивну швидкість газу можна розрахувати за формулою [1]
EMBED Equation.3 (1)
де
EMBED Equation.3 для активованого вугілля АР-3 [1]
EMBED Equation.3 - густина повітря при 22 0С
EMBED Equation.3
Діаметр апарата
EMBED Equation.3
Приймаємо горизонтальний адсорбер періодичної дії системи ВТР діаметром 2 м [1].
Висоту шару активованого вугілля в апараті для забезпечення достатнього часу роботи адсорбера приймаємо 0,8 м.
Загальна висота циліндричної частини – 1,8 м. Додаткова висота (під кришкою та над днищем) необхідна для розміщення розподільчого пристрою для газу, штуцерів та датчиків контрольно-вимірюючих пристроїв.
Висота циліндричної частини адсорбера (довжина) – 9 м [1].
Ізотерма адсорбції парів метанолу на активованому вугіллі.
Визначення часу адсорбції.
Для активованого вугілля АР-3 з біопористою структурою за теорією об’ємного заповнення пор рівноважна концентрація в твердому тілі описується рівнянням Дубиніна [3]
EMBED Equation.3 (2)
де Х – рівноважна концентрація в твердій фазі, моль/г
W01, B1, W02, B2 – константи, що характеризують адсорбент
W01 = 0,19 см3/г; B1 = 0,74•10-6 К-2;
W02 = 1,8 •10-1 см3/г; B2 = 3,42•10-6 К-2 [1];
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 - коефіцієнт афінності [1];
EMBED Equation.3 - мольний об’єм поглинутого компонента, см3/моль;
PS = 12800 Па – тиск насиченої пари метанолу;
Р – парціальний тиск метанолу в газовій суміші, Па.
Розраховані за рівнянням (2) рівноважні концентрації метанолу наведені в таблиці
Концентрація метанолу в газі розраховується за рівнянням Дальтона
EMBED Equation.3
П – загальний тиск в системі, П=760 мм.рт.ст.
Т = 22 0C – температура в системі.
Виходячи з таблиці, будуємо ізотерму адсорбції (t = 22 0C) парів метанола на активованому вугіллі АР – 3 (рис. 1)
Як видно з рисунку, вихідна концентрація метанолу в газовій суміші відповідає випуклій частині ізотерми. Така рівноважна крива носить назву ізотерми Ленгмюра. Тому тривалість часу адсорбції можна розрахувати за рівнянням [4]
EMBED Equation.3 (3)
де EMBED Equation.3 - фіктивна швидкість газу в адсорбері, розрахована за рівнянням (1);
Н1 - висота шару активованого вугілля в апараті для забезпечення достатнього часу роботи адсорбера (0,8 м);
EMBED Equation.3 - відповідно пористість і насипна густина активованого вугілля [4];
Х* (сп) – концентрація метанолу в сорбенті, рівноважна з початковим складом газу, кгметанолу/кгвугілля. Знаходимо за графіком (рис. 1)
EMBED Equation.3
Отже, час адсорбції мусить бути не меншим 5101 с.
Рис. 1. Ізотерма адсорбції (t = 22 0C) парів метанола на активованому вугіллі АР – 3
Матеріальний баланс
Кількість метанолу, який поступає в адсорбер
EMBED Equation.3
Кількість метанолу, яка поглинається шаром вугілля (адсорбентом)
EMBED Equation.3
Кількість метанолу, який виходить з апарату з газовою фазою
EMBED Equation.3
Кількість метанолу, що лишається в газовій фазі адсорбера
EMBED Equation.3
Перевіримо матеріальний баланс
EMBED Equation.3
Гідравлічний розрахунок шару адсорбенту
Гідравлічний опір шару адсорбенту розрахуємо за формулою
EMBED Equation.3 (4)
де EMBED Equation.3 - коефіцієнт гідравлічного тертя;
Н – висота шару адсорбенту, м;
de – еквівалентний діаметр каналів, по яких рухається газ, м;
EMBED Equation.3 - густина газу, кг/м3;
EMBED Equation.3 - дійсна швидкість руху газу, м/с.
Коефіцієнт гідравлічного тертя вибираємо в залежності від критерію Re
EMBED Equation.3
якщо EMBED Equation.3 та EMBED Equation.3
a – питома поверхня адсорбенту, 3200 м2/м3 [4]
EMBED Equation.3 - фіктивна швидкість руху газу, м/с
EMBED Equation.3 - в’язкість газу, EMBED Equation.3 [2]
EMBED Equation.3
Отже, коефіцієнт гідравлічного тертя розраховується за наступною залежністю [4]
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Розраховуємо гідравлічний опір шару адсорбенту
EMBED Equation.3
Конструктивний розрахунок
Розрахунок штуцерів проводиться по формулі
EMBED Equation.3
V – об'ємна витрата, м3/с;
EMBED Equation.3 - швидкість речовини через штуцер, м/с
а) Штуцер входу забрудненого газу в адсорбер
EMBED Equation.3 = 10 м/с ([2], т. 1.1.)
EMBED Equation.3
б) Штуцер виходу очищеного газу
EMBED Equation.3 = 5 м/с ([2], т. 1.1.)
EMBED Equation.3
Приймаємо по [6] наступні штуцери
а) Штуцер входу забрудненого газу в адсорбер D = 500 мм
D1 = 620 мм; D2 = 580 мм; D3 = 544 мм; b = 25 мм; d = 23 мм; s = 8 мм.
б) Штуцер виходу очищеного газу D = 800 мм
D1 = 920 мм; D2 = 880 мм; D3 = 842 мм; b = 25 мм; d = 23 мм; s = 8 мм.
Кришку і днище адсорбера вибираємо сферичні згідно [1] діаметром
D = 2000 мм.
D1 = 2130 мм; D2 = 2090 мм; D3 = 2046 мм; b = 50 мм; d = 23 мм; s = 10 мм.
ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК
Теплота адсорбції складається з теплоти конденсації і теплоти змочування. Практично можна прийняти, що величина теплоти адсорбції органічних речовин не залежить від температури.
Залежність питомої теплоти адсорбції q (Дж/кг вугілля) від кількості поглинутої пари визначається за формулою
EMBED Equation.3
де а – кількість адсорбованої пари л/кг вугілля
m, n – коефіцієнти, що залежать від природи поглинутої речовини і наведені в [2]; m = 3.11*103, n = 0.938 (для метанолу)
Розрахуємо масу вугілля, що знаходиться в адсорбері
EMBED Equation.3
Кількість метанолу, яка поглинається шаром вугілля (адсорбентом) в кмоль
EMBED Equation.3
Тоді кількість адсорбованої пари можна розрахувати
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Всього за один період видаляється теплоти
EMBED Equation.3
Це тепло затрачається на нагрівання вугілля і апаратури, на теплові втрати і в основному на нагрівання парогазової суміші.
Якщо вважати, що все тепло, яке виділяється, витрачається лише на нагрів парогазової суміші і вважати питому теплоємність і густину газової суміші наступними (с = 1,01*103 Дж/(кг*К); EMBED Equation.3 )
Тоді температура суміші збільшиться на
EMBED Equation.3
5. МЕХАНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК
5.1. Розрахунок товщини стінки колони
EMBED Equation.3
де
D – внутрішній діаметр колони, D = 2 м
Р – тиск в колоні, Р = 0,1 МПа
EMBED Equation.3 - для сталі Х18Н10Т при 86,2 0С [1]
EMBED Equation.3 - коефіцієнт міцності зварного шва
Ск = 0,001 – прибавка на корозію
EMBED Equation.3
Приймаємо товщину стінки 10 мм
5.2. Розрахунок товщини днищ колони
Товщину днищ визначаємо по тій самій формулі, тільки
EMBED Equation.3
Приймаємо товщину днищ 10 мм
7. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ
Швидкий розвиток хімічної промисловості, нових технологій, інтенсифікація хімічних процесів і обладнання нерозривно зв’язані зі створенням безпечних умов праці, зменшенням і ліквідацією виробничого травматизму і професійних захворювань. А це залежить перш за все від точного виконання всіх норм і правил, законодавств по техніці безпеки.
Даний адсорбційний апарат відноситься до групи апаратів з можливим виділенням пилу та шкідливих речовин.
Необхідно проектувати та конструювати апарат таким чином, щоб кінцева концентрація метанолу в повітрі не перевищувала його гранично допустимої концентрації.
Переважно такі апарати ізолюються. Частини апарата які є джерелом виділення пилу та шкідливих речовин максимально герметизуються. Герметичність – здатність оболонки (корпуса) обладнання перешкоджати рідинному або газовому обміну між середовищами, що розділені нею.
Причини порушення герметичності
проникність матеріалу оболонки;
дефекти в структурі металу;
нещільність з’єднань
У роз’ємних з’єднаннях велику роль відіграє правильний вибір ущільнення (прокладки).
Такі процеси повинні проходити по можливості без участі людини, тобто бути максимально автоматизовані.
Пожежна профілактика на установці.
Необхідна повна герметизація всіх апаратів і потоків, безперервність виробництва, строге виконання стандартів і точне виконання установленого технологічного режиму. При зупинці на ремонт і перед пуском необхідна продувка водяною парою всіх апаратів і трубопроводів. Необхідне водяне зрошення апарату і встановлення лафетних стволів як засобів тушіння пожежі.
8. ЛІТЕРАТУРА
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию / Под редакцией Ю.И. Дытнерского, М.: Химия, 1991. - 496 с.
К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Ленинградское объединение, «Химия», 1976
Н.А. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган, Процессы и аппараты химической технологии, М.: Химия, 1968. - 848 с.
Е.Н. Серпионова. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: «Высшая школа», 1969. 414 с.
К.М. Николаевский. Проектирование рекуперации летучих растворителей с адсорберами периодического действия. М.: Оборонгиз, 1961. 238 с.
А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский, Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры, М.-Л. Машггиз, 1963. - 470 с.
В.А. Линецкий, В.И. Пряников «Охрана труда, техника безопасности и пожарная профилактика на предприятиях химической промышленности».
ЗМІСТ
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора