Визначення висоти апарату

Зауваження.

Конструкції горизонтального адсорбера та адсорбера кільцевого типу наведені на рис. 9, 10.

Рис. 9. Конструкція горизонтального адсорбера.

1 – корпус; 2 – штуцер для входу пароповітряної суміші при адсорбції і повітря при сушінні і охолодженні; 3 – розподільча решітка; 4 - завантажувальний люк; 5 – важелі; 6 – сітки; 7 – штуцер для запобіжного клапану; 8 – штуцер для відведення парів на стадії десорбції; 9 – шар адсорбенту; 10 – люк для вивантаження адсорбенту; 11 – штуцер для відведення очищеного газу на стадії адсорбції і відпрацьованого повітря при сушінні та охолодженні; 12 – оглядовий люк; 13 – штуцер для відведення конденсату та подачі води; 14 – опори для балок; 15 – балки; 16 – розбірна колосникова решітка; 17 – барботер.

Рис. 10. Конструкція адсорбера кільцевого типу.

1 – опора; 2 – штуцер для входу пароповітряної суміші при адсорбції і повітря при сушінні і охолодженні; 3 – опора для бази під циліндри; 4 – корпус; 5, 6 – зовнішній та внутрішній перфоровані циліндри; 7 – кришка; 8 - оглядовий люк; 9 – завантажувальний люк; 10 – бункер-компенсатор; 11 - штуцер для запобіжного клапану;12 – шар активованого вугілля; 13 – база для циліндрів; 14 – розвантажувальний люк; 15 – днище; 16 - штуцер для відведення очищеного і відпрацьованого повітря та для подавання водяної пари; 17 – штуцер для відведення парів і конденсату при десорбції та для подавання води.

6.3.2. Розрахунок. адсорберу неперервної дії з псевдозрідженим шаром адсорбенту

Завдання. Спроектувати адсорбційну установку з псевдо зрідженим шаром адсорбенту для уловлення з повітря парів бензолу активованим вугіллям.

Вихідні дані:

- витрата парогазової суміші за робочих умов V_г = 2000 м³/год = 0,555 м³/с;

- температура парогазової суміші Т = 20 ⁰С;

- атмосферний тиск П = 735 мм рт.ст. = 9,81·10⁴ Па;

- початкова концентрація бензолу в повітрі кг/м³;

- концентрація бензолу в повітрі на виході з апарату - кг/м³.

Вибираємо адсорбент – активоване вугілля марки СКТ-6А. Цей адсорбент відповідає заданим умовам за міцністю, гранулометричному складу та пористій структурі. Приймаємо наступні характеристики адсорбенту:

середній діаметр частинки адсорбенту d_ч для вугілля СКТ-6А розраховується за рівнянням (6.3). Дані про фракційний склад вибираємо з таблиці 6.4. додатку 6.

уявна густина кг/м³;

насипна густина адсорбенту кг/м³. (таблиця 6.4а, додаток 6);

Технологічна схема та її опис

Рис. 1. Технологічна схема установки.

На рис 1:

1, 11 – газодувки, 2 – фільтри, 3 – вогнетрив, 4 – холодильник вихідної суміші, 5 – збірник, 6 – холодильник, 7 – конденсатор, 8 – розділювач, 9 – адсорбер, 10 – десорбер.

Вихідна суміш подається в адсорбер 9 газодувками 1, одна з яких – резервна, щоб у разі вимкнення адсорбера не припинялося видалення шкідливих парів з приміщення.

Перед тим, як потрапити в адсорбер, суміш проходить крізь фільтри 2 (переважно рукавні) та вогнетриви 3 з запобіжними мембранами, які вибиваються при займанні суміші.

Потім, вихідна суміш подається в холодильник 4.

Адсорбент рухається зверху вниз перетічними трубками адсорбера, при цьому знаходиться в псевдозрідженому стані на кожній тарілці. Відпрацьований адсорбент поступає в десорбер 10.

У приведеній схемі передбачена регенерація адсорбенту десорбцією перегрітою парою.

Суміш вилученого компоненту з водяною парою з адсорбера надходить через розділювач 8, де пара віддаляється від суміші вилученого компоненту з водою, яка може утворюватися при конденсації в трубопроводах. Далі пара поступає в конденсатор 7, потім в холодильник 6 та збірник 5.

З десорбера 10 адсорбент пневмотранспортом повертається в адсорбер 9. Повітря, що використовується для пневмотранспорту та подається газодувкою 11, підсушує та охолоджує адсорбент. В тих випадках, коли адсорбент – активоване вугілля, до адсорберу підключають лінію протипожежного водопроводу.

1. Технологічний розрахунок

1.1. Визначення швидкості псевдозрідження та діаметру адсорбера

Швидкість псевдозрідження w_пз визначаємо за рівнянням (6.29)

м/с

Для перевірки правильності розрахунку швидкості псевдо зрідження визначаємо критерій Рейнольдса з рівняння (6.30):

Як бачимо, Re_пз > 10, тому значення швидкості псевдо зрідження множимо на поправочний коефіцієнт , згідно рівняння (6.31):

, тоді

Уточнюємо критерій Рейнольдса за умов псевдозрідження

Діаметр адсорбера визначаємо за рівнянням (6.28):

м

Підбираємо нормалізований діаметр адсорбера м за таблицею 6.7., додатку 6.

Уточнюємо робочу швидкість:

1.2. Побудова ізотерми адсорбції та робочої лінії процесу. Визначення числа одиниць перенесення.

Будуємо рівноважну лінію в координатах х – у згідно таблиці 6.1.. додатку 6. Рівноважна лінія процесу адсорбції парів бензолу з повітря на активованому вугіллі марки СКТ-6А зображена на рис. 2.

Рис. 2. Робоча (АВ) та рівноважна лінії процесу адсорбції бензолу з повітря на активованому вугіллі СКТ-6А.

За рівнянням (6.11.), знаходимо об’ємну витрату адсорбенту (V_ад)

Необхідну витрату адсорбенту визначають, приймаючи, що на виході з апарату адсорбент насичений повністю (до ). За ізотермою адсорбції (рис. 2 або таблиці 6.1., додатку 6) знаходимо кг/м³ (таке, що відповідає у _п = 0,025 згідно таблиці 6.1. додатку 6 або рис. 2)

Тоді, за рівнянням (6.11)., витрата адсорбенту

м³/с

де k = 1,3 коефіцієнт, який враховує 30% стирання та винесення адсорбенту.

Для побудови робочої лінії (лінія АВ, рис. 2.) визначаємо координати двох точок: точка А (х_п, у _к), точка В (х_к, у _п).

Значення у _к ; у _п відомі згідно завдання; х_п = 0.

Значення х_к визначають шляхом розв’язку рівняння матеріального балансу (6.10.). відносно х_к

кг/м³

Число одиниць перенесення визначаємо методом графічного інтегрування (рис. 3). Вимірюємо площу, обмежену даною кривою і крайніми абсцисами, від до .

За допомогою рівноважної та робочої ліній (рис. 2.) визначаємо допоміжні величини, що необхідні для графічного інтегрування. Як видно з рис. 2., рівноважні значення є разів менші за відповідні їм робочі значення . Отже, рівноважними значеннями , що відповідають робочим значенням в діапазоні від до можна знехтувати. Тоді в цьому прикладі (табл. 1)

Таблиця 1

, кг/м^3	, м^3/кг
0,025 0,02 0,015 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0,001	67,7 166,7

Рис. 3. Визначення числа одиниць перенесення для процесу адсорбції бензолу з повітря на активованому вугіллі СКТ-6А.

Далі рахуємо число одиниць перенесення за рівнянням (6.12.)

1.3. Визначення об’ємного коефіцієнту масопередачі

Об’ємний коефіцієнт масопередачі розраховуємо згідно рівняння (6.33)

де D_у - коефіцієнт дифузії парів бензолу в повітрі м²/с;

м²/с

D_у0 - коефіцієнт дифузії парів бензолу в повітрі за нормальних умов (таблиця 6.5., додаток 6). Згідно таблиці D_у0 = 7,7·10^-6 м²/с

П₀, П - загальний тиск за нормальних та робочих умов відповідно, Па або мм.тт.ст.;

Т₀, Т – температура за нормальних та робочих умов відповідно, К;

- концентрація насиченої пари адсорбованої речовини, кг/м³;

Розраховується за рівнянням (6.9.)

де Р_s, – тиск насиченої пари бензолу Р_s = 75 мм.рт.ст. або 9996 Па

М – молярна маса бензолу М = 78,11 кг/кмоль

- коефіцієнт афінності. Для бензолу = 1 (табл. 6.3., додаток 6);

В₁ – структурна константа, 1/град. Для активованого вугілля СКТ-6А,

В₁ = 1,05·10^-6 1/град (табл. 6.4.б, додаток 6);

Т – температура адсорбції, К; згідно завданню Т=293 К

- площа поперечного перерізу адсорбера, м², ( м²);

- висота нерухомого шару адсорбенту, м. Приймаємо м (див. п. 6.2.2.б.)

Об’єм нерухомого шару самого адсорбенту (без врахування об’єму порожнин між частинками) визначаємо за рівнянням (6.32.) м³

Об’єм нерухомого шару адсорбенту (з врахуванням об’єму порожнин) визначаємо за рівнянням (6.32 а)

м³

Кількість тарілок в адсорбері розраховуємо за рівнянням (6.34)

Приймаємо

Визначаємо висоту (Н_пз) псевдозрідженого шару адсорбенту за рівняннями (6.35) – (6.36)

Пористість киплячого шару:

де

Висота псевдо зрідженого шару

м

де м³/м³

Визначаємо загальну висоту апарату (Н_ап) за рівнянням (6.37.)

Відстань між тарілками приймаємо h_Т = м

Згідно рекомендацій [1, 4] відстань між тарілками в колонних апаратах приймаємо h_Т = 0,3 м

2. Гідравлічний розрахунок

Для псевдозріджених шарів гідравлічний опір визначаємо за рівнянням (6.38.)

Вибираємо сітчасту тарілку типу ТС-Р [1, 4] з вільним січенням тарілки F_c =0.139

Гідравлічний опір вибраної тарілки визначаємо за рівнянням (6.39):

Па

коефіцієнт гідравлічного опору тарілки приймаємо [2].

Знайдемо загальні втрати тиску в апараті за рівнянням (6.40)

= + =229,6+7=236,6 Па

Дата добавления: 2017-02-01