Расчет адсорбера для очистки газов от паров толуола

Расчет адсорбера для очистки газов от паров толуола
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. Методы очистки газов от паров растворителей 5
1.1 Существующие методы очистки газов от вредных примесей 5
1.2 Очистка газовых сред от толуола 6
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 9
3.3 Устройство и принцип действия адсорбера 12
4. Расчетная часть 14
4.1 Исходные данные для расчета 14
4.2 Расчет адсорбера периодического действия 14
Заключение 21
Список литературы 22

Осуществление очистки и рекуперации техногенных выбросов в настоящее время является важной задачей при организации любого производства. Только использование современных и эффективных природоохранных технологий позволяет минимизировать негативное воздействие промышленности на окружающую среду и человека.
Одним из немаловажных факторов, оказывающих влияние на здоровье и благополучие человека, выступает уровень загрязненности атмосферного воздуха в населенных пунктах и на территории рабочей зоны. Об опасности различных соединений, поступающих в воздух вместе с промышленными выбросами, принято судить по величине их предельно допустимых концентраций. На этом же понятии основано разделение веществ по классам опасности.
Кроме того, важным моментом является возможность рекуперации реагентов, что т акже способствует уменьшению выбросов загрязнений в атмосферный воздух и увеличивает экономическую эффективность производства.
Данная работа посвящена разработке технологии выделения паров органического растворителя – толуола - из отходящих газов цеха нанесения лакокрасочных покрытий на изделия из металла.
Цель работы: разработать технологию очистки газа от паров толуола.
Задачи: 1) произвести расчет основного процесса – адсорбции паров толуола на активном угле; 2) разработать технологическую схему; 3) произвести подбор основного оборудования.

Если образовавшаяся смесь характеризуется высокой взаимной растворимостью компонентов, то она разделяется методом ректификации, если наоборот, - используются методы механического разделения, под действием силы тяжести или центробежной силы.В данной работе рассматривается толуол, который характеризуется весьма незначительной растворимостью в воде, поэтому для его отделения от конденсата необходимо использовать методы, представленные во второй группе. При этом, так как плотности воды и толуола отличаются не сильно, следует рекомендовать отстойник-сепаратор периодического действия.Степень извлечения компонента на рекуперационной установке может достигать 99 % [1].Осуществление процесса адсорбции возможно в аппаратах со стационарным слоем и с кипящим слоем, однако, каждый из данных вариантовимеет наряду с преимуществами и определенные недостатки. Так, например установки с периодическими адсорберами, с которых и началось освоение данного метода, требовали больших производственных площадей для их размещения, поэтому целесообразно использовать их для очистки относительно небольших потоков газа. В то же время, появившиеся позднее установки с кипящим слоем, созданные с целью увеличения пропускной способности, имеют следующий основной недостаток – значительные потери активного угля вследствие истирания [2].В последние годы в России были разработаны высокопрочные активные угли на основе реактопластов марок ФАС и ПФГ, которые по адсорбционной способности по сероуглероду в 2…4 раза превосходят используемые в настоящее время угли марок СКТ и АГ [3]. Однако пока промышленное производство таких углей в нашей стране не ведется. 2. Основные свойства рабочих средВ качестве основной рабочей среды в данной работе рассматривается смесь воздуха и паров толуола. Толуол представляет собой бесцветную летучую жидкость с резким запахом, проявляющую слабое наркотическое действие, горюч. 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 опасности9286711030505033. Технологическая схема и ее описание3.1 Обоснование выбора аппаратурного оформления разрабатываемой схемыПроектируемая установка предназначена для рекуперации паров толуола.Основной процесс, осуществляемый в установке – адсорбционная очистка газового потока от паров толуола.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 бывают вертикальными и горизонтальными. Вертикальные применяют в установках малой или средней мощности (до 30000 м3/ч паровоздушной смеси) [2].В качестве адсорбента применяется активный уголь марки СКТ-3 (средний диаметр зерен dэ = 1,5×10-3 м, порозность ε = 0,3, насыпная плотность - 380 кг/м3), хорошо зарекомендовавший себя в процессах поглощения паров органических растворителей и, в частности, толуола.3.2 Описание технологической схемыРабочий газ вентиляторами В1 и В2 подается в фильтр Ф, где очищается от пыли (пыль мешает эффективному проведению адсорбции, вместо фильтра могут использоваться циклоны). Обеспыленный газ направляется в огнепреградитель ОП и в холодильник Х1, где охлаждается водой до рабочей температуры 20оС. Охлажденный газ поступает в адсорберы А в количестве двух штук, в которых попеременно происходят следующие процессы: 1) адсорбция толуола, 2) десорбция водяным паром, 3) сушка нагретым воздухом, 4) охлаждение воздухом. Воздух для сушки и охлаждения подается в адсорберы вентиляторами В4 и В3, соответственно, 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 толуола подается на охлаждение в холодильник Х2, а затем 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 рекуперации толуола3.3 Устройство и принцип действия адсорбераВ схеме предполагается использование вертикального аппарата системы ВТР (рисунок 1)[10]. Адсорбер имеет диаметр 2, 2,5, 3 и 4 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 Устройство и принципы работы вспомогательного оборудования3.4.1 ВентиляторыВентиляторы предназначены для подачи и перемещения газов, которое осуществляется засчет перепада давлений во всасывающем и нагнетательном патрубках, создаваемом вентилятором. В данной схеме предлагается использовать центробежные вентиляторы, которые представляют собой улиткообразный кожух с размещенным внутри рабочим колесом. На колесе установлены лопасти. При вращении колеса засчет центробежной силы газ направляется в нагнетательный патрубок, а в центре кожуха создается разрежение, благодаря которому в вентилятор засасываются новые порции газа.3.4.2 ХолодильникХолодильник представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, состоящий из труб, установленных внутри кожуха. предназначен для охлаждения газа до рабочей температуры и конденсата. В качестве охлаждающего агента используется вода. В данной работе предлагается устанавливать горизонтальный холодильники. Газ и конденсат направляются в трубы теплообменника, а охлаждающая вода – в межтрубное пространство.3.4.3 КонденсаторЭто также кожухотрубчатый теплообменник, предназначен для конденсации паров под действием охлаждающей воды. Теплообменник вертикальный.3.4.4 СепараторПредназначен для расслаивания жидкости, принцип действия основан на различии плотностей плохо растворимых жидкостей. В данной работе установлены два сепаратора, в первом происходит сбор конденсата, а во втором – отстаивание. Представляют собой цилиндрические сосуды, в верхней и нижней частях которых имеются патрубки для отвода продуктов.4. Расчетная часть4.1 Исходные данные для расчетаРабочая температура tр = 20 оС.Расход газа V = 12000 м3/ч.Загрязняющий компонент – толуол.Начальная концентрация пара Yн = 8 г/м3.Конечная концентрация пара Yк = 50 мг/м3.4.2 Расчет адсорбера периодического действия4.2.1 Построение изотермы адсорбцииИзотерму адсорбции строят на основании экспериментальных или справочных данных. Изотерма адсорбции для толуола неизвестна, ее можно построить по изотерме адсорбции стандартного вещества (бензол).Равновесные данные по адсорбции паров бензола из смеси с воздухом на активном угле марки СКТ приведены в таблице 2 .