Расчет адсорбера для очистки газов от бутилацетата

Расчет адсорбера для очистки газов от бутилацетата
Задание
Разработать технологию выделения паров органических растворителей из отходящих газов цеха нанесения лакокрасочных покрытий на изделия из металла. Дать эскиз технологической схемы, описать порядок работы ее элементов, подобрать оборудование.
...

Введение 4
1. Аналитический обзор 5
1.1 Существующие методы очистки газов от вредных примесей 5
2. Основные свойства рабочих сред 8
3. Технологическая схема и ее описание 9
3.1 Обоснование выбора аппаратурного оформления разрабатываемой схемы 9
3.2 Описание технологической схемы 10
3.3 Устройство и принцип действия адсорбера 12
4. Расчетная часть 14
4.1 Исходные данные для расчета 14
4.2 Расчет и подбор циклона 14
4.3 Расчет адсорбера периодического действия 17
Заключение 23
Список литературы 24

В процессе нанесения лакокрасочных покрытий на различные изделия используются растворители. При этом пары растворителей попадают в воздух рабочей зоны и, таким образом, могут угрожать жизни и здоровью работников и состоянию имущества предприятия, так как являются пожаро- и взрывоопасными веществами.
Кроме того, органические растворители являются ценными продуктами, поэтому целесообразно не допускать их потерь. Использование систем рекуперации в данном случае приводит к увеличению экономической эффективности работы предприятия засчет снижения уровня загрязнения воздуха и экономии части растворителя, вследствие его рекуперации и возврата в технологическую схему.
Данная работа посвящена разработке технологии очистки газообразных сред от паров бутилацетата.
Цель работы: разработать технологию для очистки газа (на примере воздуха) от паров бутилацетата.
Задачи: 1) произвести расчет процесса адсорбции паров бутилацетата на активном угле, рассчитать адсорбер; 3) разработать технологию рекуперации бутилацетата.

При вдыхании вызывает кашель, головокружение, головную боль, тошноту, боли в горле. Кроме того, является сильно огнеопасным соединением, которое относят к классу 3.1 ЛВЖ с температурой вспышки менее +23 оС. Смеси с воздухом также взрывоопасны. Краткая характеристика данного соединения приведена в таблице 1.Таблица 1ПоказательВеличинаМольная масса, кг/кмольПлотность в жидком состоянии, кг/м3Температура кипения, оСДавление насыщенного пара при 20 оС, мм рт. ст.ПДК рабочей зоны, мг/ м3- разовая- среднесуточнаяКласс опасности116800126182005043. Технологическая схема и ее описание3.1 Обоснование выбора аппаратурного оформления разрабатываемой схемыПроектируемая установка предназначена для достижения двух целей: 1) очистка газа от пыли и 2) извлечение паров сероуглерода.Учитывая возможный диаметр частиц пыли и требуемую степень обеспыливания для очистки газа от пыли предлагаем использовать циклоны, которые способны обеспечить высокую эффективность очистки от частиц пыли размером более 10 мкм [4].Принятый к установке в данной работе циклон марки ЦН-15 является одним из самых распространенных в промышленности и предназначен для сухой очистки газов в различных технологических процессах и для защиты атмосферного воздуха.Основной процесс, осуществляемый в установке – адсорбционная очистка газового потока от паров сероуглерода.Для процесса адсорбции могут быть использованы аппараты периодического или непрерывного действия, со стационарным или подвижным слоем адсорбента. Учитывая относительно небольшой объем обрабатываемого газа, в работе предложено использовать адсорбер периодического действия со стационарным слоем адсорбента. Достоинством такого аппарата является его простота и надежность, что при условии автоматизации процесса компенсирует недостатки, связанные с периодичностью работы. Адсорберы периодического действия бывют вертикальными и горизонтальными. Вертикальные применяют в установках малой или средней мощности (до 30000 м3/ч паровоздушной смеси) [2].В качестве адсорбента выбираем активный уголь марки АР-А в соответствии со свойствами, структурой и назначением - предназначенный для рекуперации и обладающий низкой удерживающей способностью, т. е. легко регенерируемый (средний диаметр зерен dэ = 1,5×10-3 м, порозность ε = 0,3, насыпная плотность - 380 кг/м3).3.2 Описание технологической схемыРабочий газ вентиляторами В1 и В2 подается в батарею циклонов Ц, где очищается от пыли. Твердые частицы непрерывно отводятся из бункера батареи, обеспыленный газ направляется в холодильник Х1, где охлаждается водой до рабочей температуры 20оС. В случае необходимости в схеме перед холодильником может быть предусмотрена установка фильтра и огнепреградителя. Охлажденный газ поступает в адсорберы А в количестве двух штук, в которых попеременно происходят следующие процессы: 1) адсорбция сероуглерода, 2) десорбция водяным паром, 3) сушка нагретым воздухом, 4) охлаждение воздухом. Воздух для сушки и охлаждения подается в адсорберы вентиляторами В4 и В3, нагревание его осуществляется в калорифере Ка водяным паром. Парогазовая смесь после десорбции выводится из аппарата и через разделитель Р поступает в конденсатор К, где конденсируется под действием охлаждающей воды. После конденсатора образовавшаяся смесь воды и сероуглерода подается на охлаждение в холодильник Х2, а затем в промежуточную емкость-сборник Е, откуда перекачивается насосом Н на дальнейшее разделение в сепаратор С. Очищенный газ удаляется из адсорбера.В технологической схеме используется два адсорбера для обеспечения непрерывности работы. После окончании стадии адсорбции подача исходного газа переключается на второй адсорбер, а в первом аппарате начинается процесс десорбции.Основные параметры процесса очистки: рабочая температура газа 20 оС, давление острого пара 0,3…0,5 МПа, давление в аппарате при десорбции – до 0,05 МПа, температура воздуха для сушки 80…100 оС.Рисунок 1 – Схема рекуперационной установки бутилацетата3.3 Устройство и принцип действия адсорбераВ схеме предполагается использование вертикального аппарата системы ВТР (рисунок 2) [2]. Адсорбер имеет диаметр 2, 2,5 и 3 м; высота цилиндрической части корпуса может достигать 2,2 м; высота слоя адсорбента 0,5…1,2 м. Днище и крышка – конические. Слой адсорбента располагается на колосниковой решетке на слое гравия толщиной 100…200 мм или на двух проволочных сетках из нержавеющей стали. Сверху слой адсорбента также покрывает стальная сетка с чугунными грузами. Толщина предохранительной мембраны на разгрузочном люке – 0,3…0,5 мм. Диаметр отверстий в паровых барботерах 4…6 мм. В каждом адсорбере имеются патрубки для установки манометра и термометра. Адсорбер покрыт слоем теплоизоляции.Рисунок 2 – Адсорбер периодического действия со стационарным слоем поглотителя:1-гравий; 2-разгрузочный люк; 3,6-сетка; 4-загрузочный люк; 5-штуцер для подачи исходной смеси; 7-штуцер для отвода паров при десорбции; 8-штуцер для предохра-нительного клапана; 9-крышка; 10-грузы; 11-кольцо жесткости; 12-корпус; 13-адсорбент; 14-опорное кольцо; 15-колосниковая решетка; 17-штуцер для отвода очищенного газа; 17-балки; 18-смотровой люк; 19-штуцер для отвода конденсата и подачи воды; 20-барботер; 21-днище; 22-опоры балок; 23-штуцер для подачи водяного пара через барботер3.4 Вспомогательное оборудованиеК такому оборудованию относятся циклоны, вентиляторы и насосы, конденсатор и холодильники, сепаратор, емкостное оборудование, трубопроводы.Циклоны предназначены для удаления твердых частиц из газообразных сред. Имеет цилиндрическую верхнюю и конусовидную нижнюю части. Газ подается в верх циклона тангенциально, поток закручивается и под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам аппарата и отводятся из нижней части. В центре циклона образуется разрежение и туда поступает восходящий поток очищенного газа, отводимый из верхней части циклона.Используемые вентиляторы и насос являются центробежными.Конденсатор и холодильники – кожухотрубчатые теплообменники, в которых происходит конденсация пара и охлаждение среды, соответственно, охлаждающей водой.Сепаратор – цилиндрический аппарат, предназначенный для разделения несмешивающихся жидкостей методом отстаивания. В процессе отстаивания образуется два слоя жидкостей, более легкая отводится сверху, а более тяжелая – из нижней части.4. Расчетная часть4.1 Исходные данные для расчетаСредний размер частиц пыли σ = 20 мкм (принято).Степень обеспыливания η = 90 % (принято).Рабочая температура tр = 20 оС 9принято0.Расход газа V = 6500 м3/ч (по заданию).Концентрация пыли в потоке газа х = 18 г/м3 (принято).Загрязняющий компонент – бутилацетат.Начальная концентрация пара Yн = 10 г/м3.Конечная концентрация пара Yк = 150 мг/м3.4.2 Расчет и подбор циклона4.2.1 Выбор диаметра и числа циклоновСогласно [4, с. 480] при η = 90 %. и σ = 20 мкм можно выбрать один циклон марки ЦН-15 диаметром Dц = 600 мм. В соответствии с [4, с. 471] при V = 6500 м3/ч необходимое число циклонов z = 2 шт.4.2.2 Расчет скорости газа в циклонеω=V0,785∙Dц2∙z=65003600∙0,785∙0,62∙1=6,39 м/сСопротивление циклона:△P=ζ∙ω2∙ρ2где ζ – коэффициент сопротивления циклона [5 , с. 97];ρ – плотность газа, кг/м3, рассчитаем по воздуху:ρ=ρ0 ∙T0T=1,293∙273295=1,194 кг/м3Тогда сопротивление циклона составит:△P=160∙6,392∙1,1942=3900 ПаДля удовлетворительной работы при заданной скорости газа сопротивление одиночного циклона должно лежать в интервале от 500 до 750 Па. В нашем случае, сопротивление значительно больше, такой циклон использовать неэффективно. Для снижения сопротивления примем к установке группу из четырех циклонов с диаметром 500 мм [4, с. 471]:ω=65003600∙0,785∙0,52∙4=2,30 м/с△P=160∙2,302∙1,1942=505,3 ПаДанные циклоны будут работать удовлетворительно.4.2.3 Проверочный расчет степени очистки газаДопустимая запыленность газа для циклона с Dц = 500 мм xдоп = 250 г/м3 [4, с. 473], заданная запыленность – х = 18 г/м3 – много меньше.Для выбранного нами циклона Dц = 500 мм, плотность твердых частиц примем ρт = 2300 кг/м3, величина ΔPρ∙g=587,51,194∙9,81=50,2 м.Согласно [4, с. 478] для циклона ЦН-15 диаметром 600 мм, плотности твердых частиц 1930 кг/м3 и ΔPρ∙g=75 м, степень очистки составляет 97 %.Вносим поправку на плотность твердых частиц [4, с. 480]: η = 97%.Вносим поправку на сопротивление циклона [4, с. 480]: η = 96%.Вносим поправку на диаметр циклона [4, с. 479]: η = 97,5%.Таким образом, подобранные циклоны с запасом обеспечивают требуемую степень очистки от пыли.Принимаем к установке циклон марки ЦН-15-500×2УП(диаметр 500 мм, батарея из двух циклонов, производительность 3500 м3/ч [6]) со следующими геометрическими размерами в долях диаметра [4, с. 470]:высота входного патрубка – 0,66;высота входной трубы с фланцем – 1,74;высота цилиндрической части корпуса – 2,26;высота конуса – 2;высота внешней части выходной трубы – 0,3;общая высота – 4,56;наружный диаметр выходной трубы – 0,6;внутренний диаметр пылевыпускного отверстия – 0,3…0,4;ширина входного патрубка – 0,26/0,2;длина входного патрубка – 0,6;расстояние от низа циклона до фланца – 0,24…0,32.4.3 Расчет адсорбера периодического действия4.3.