Расчет адсорберов периодического действия

 

Исходные данные задания № 22:

Расход парогазовой смеси V ₀ = 60000 м³/ч (при нормальных условиях); температура смеси t = 20 ⁰С; давление P = 0,2 МПа; начальная концентрация этилового спирта в воздухе у_н = 0,008 кг/м³; допустимая концентрация паров спирта за слоем адсорбента у_к = 0,0004 кг/м³. Плотность газовой смеси ρ _г = 1,2 кг/м³ (при нормальных условиях); вязкость газовой смеси μ _г = 2,5∙10^-5 Па∙с. Адсорбент - активный уголь АР-А (насыпная плотность ε = 0,375, эквивалентный диаметр d _э = 0,0015 м). Тип аппарата - кольцевой адсорбер (наружный диаметр слоя адсорбента D _нар = 3 м, внутренний диаметр D _вн = 1,6 м).

Решение:

1) Определим необходимое сечение слоя адсорбента

 м²,

где  принимаем 0,28

 м²,

где Н = 5,2 м (размер из каталога).

2) Определим необходимое количество адсорбентов

 адсорбера.

Для того чтобы обеспечить необходимую рабочую поверхность необходимо 3 абсорбера.

3) Определим высоту единицы переноса

 

 

предварительно определим числа Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта:

- число Рейнольдса

- число Прандтля

где  м²/с (приложение № 7)

т.к. , то число Нуссельта будет рассчитываться по формуле

 =>  c^-1

 м.

4) Построим изотерму адсорбции

β = 0,61 (приложение № 20)

; ;

для бензола:

 Па.

Для этилового спирта:

 Па.

 ⁰С

 

Расчетные и справочные величины сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Справочные и расчетные значения координат точек изотерм адсорбции бензола и этилового спирта активным углем АР-А

Точка	Бензол		Этиловый спирт
1	0.000854	109.0	0.921	178.6
2	0.00256	134.2	1.80	220
3	0.00512	139.8	2.75	229.18
4	0.00939	143.0	3.97	234.42
5	0.01706	147.3	5.72	241.47
6	0.02561	151.2	7.34	247.86

 

Полученная изотерма изображена на рисунке 2.

5) Строим рабочую линию

Определим координаты точек: точка А(Х_н, Y_к), точка В(Х_к, Y_н).

Согласно заданию Y_н = 0,008 кг/м³, Х_н = 0 кг/м³, Y_к = 0,0004 кг/м³.

Значение Х_к определяют из уравнения материального баланса процесса

 

,

 

где при Y_н = 0,008; Х^*=249.

Для определения Vад используем выражение

 

 м³/с.

 

Тогда

 

 кг/м³.

 

Точка А(0;0,0004), точка В(191,6;0,008).

Полученная рабочая линия изображена на рисунке 2.

6) Определим число единиц перенос N _у методом графического интегрирования.

Задаем ряд значений Y в интервале [ Y _н - Y _к ], определяем Y ^*. Полученные данные сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 - Значения параметров для графического интегрирования

0,008	0,001	0,007	142,8
0,006	0,0007	0,0053	188,6
0,004	0,00045	0,0035	281,6
0,002	0,0002	0,0018	555,5
0,001	0,00005	0,00095	1052,6
0,0004	0	0,0004	2500

 

Указанная графическая зависимость представлена на рисунке 3.

Определяем площадь под кривой, ограниченной ординатами Y_н = 0,008 кг/м³ и Y_к = 0,0004 кг/м³.

Число единиц переноса определяют из выражения

 

 

где  

 - масштаб по оси ;

 - масштаб по оси .

.

7). Определим высоту адсорбционного слоя из выражения

 м.

Из конструкционных соображений принимаем Н=0,1 м.

8). Определим объем слоя адсорбента по формуле

 м³.

 

9). Определим продолжительность адсорбции

так как рабочая линия расположена в двух областях изотермы адсорбции, то:

- для первой области

 

 

откуда

дней

здесь b = 1,19 (приложение №21), так как

- для второй области

 

 

10) Определим сопротивление слоя адсорбента

 

 ,

 

где  кг/м³∙с,

 

 

Анализ задания и литературных данных произведенных в ходе курсового проекта позволил определить технологическую схему проведения процесса для достижения поставленных целей. Эта схема была оформлена на первом листе курсового расчета и представлена в приложении на формате А1 (технологическая схема выполнена в программе КОМПАС - 3D LT 5.11).

В ходе курсового проекта были произведены технологические расчеты по современным методикам, позволяющие выбрать тип адсорбера и гидродинамические сопротивления аппарата.

По результатам расчета был выполнен чертеж кольцевого адсорбера полностью соответствующего результатам расчетов. Адсорбер выполнен по современным каталогам и соответствует действующим стандартам.

Заключение

 

В данной курсовом проекте был рассмотрен процесс адсорбции. Это широко используемый процесс для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы.

В данном курсовом проекте также были:

·     произведены выбор и разработка технологической схемы процесса улавливания этилового спирта;

·   выполнен чертеж технологической схемы расположения адсорберов;

·   представлен технологический расчет вертикального кольцевого адсорбера периодического действия, действие которого основано на процессе адсорбции с использованием адсорбента активного угля АР-А;

·   а так же выполнен чертеж общего вида аппарата.