Проект установки очистки и обезвреживания выбросов от паров органических веществ.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ СХЕМ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
1.1 Основные методы очистки и обезвреживания летучих паров органических веществ.
1.2 Анализ возможных конструкций адсорберов и их применение
1.3 Адсорбенты.
1.4. Определение способа очистки от паров органических веществ
2. РАСЧЕТ АДСОРБЕРА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ СО СТАЦИОНАРНЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ.
2.1. Исходные данные
2.2 Расчет параметров адсорбера.
2.2.1 Определение размеров и необходимого сечения слоя адсорбента.
2.2.2 Построение изотермы адсорбции паров толуола на активном угле АР-3.
2.2.3 Определение коэффициента массопередачи адсорбера.
2.2.4 Определение продолжительности стадии адсорбции.
2.2.5Определение гидравлического сопротивления адсорбера.
2.3 Расчет стадии десорбции.
2.5 Заключительные положения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Проект установки очистки и обезвреживания выбросов от паров органических веществ.

Наиболее широкое применение при рекуперации летучих паров органических соединений в промышленности по настоящее время все еще имеет периодическая адсорбция. Этот процесс активным углем производится различными способами. Выбор числа стадий цикла осуществляется технико-экономическим расчетом, учитывающим в основном энергетические и капитальные затраты на проведение всего многостадийного процесса. Широкую известность получил четырехфазный способ. При работе по этому способу весь цикл состоит из четырех фаз:
1. насыщение активного угля поглощаемым компонентом;
2. десорбция поглощенного компонента из угля;
3. сушка угля;
4. охлаждение угля.
Паровоздушную смесь пропускают через слой активного угля до его насыщения поглощаемым веществом (до проскока - первая фаза). По насыщении поглотителя паровоздушную смесь направляют в другой аппарат, а из насыщенного слоя угля, обрабатывая его острым водяным паром, выделяют поглощенное вещество, т.е. производят десорбцию (вторая фаза). Смесь паров воды и выделенного из угля вещества направляют на конденсацию. Регенерированное вещество затем отделяют от воды отстаиванием, если вещество не смешивается с водой, или ректификацией, если вещество смешивается с водой. Влажный после десорбции уголь сушат горячим воздухом (третья фаза). После сушки горячий уголь охлаждают холодным воздухом (четвертая фаза). По окончании четвертой фазы цикл начинают снова.
При периодической адсорбции из газовой фазы в стационарном слое поглотителя применяют вертикальные, горизонтальные и кольцевые адсорберы, изготовляемые в различных модификациях. Угольный слой небольшой высоты применяется в адсорбере с кольцевым угольным заполнением. Адсорберы такого типа бывают как вертикальными, так и горизонтальными. В нашем случае будет применен кольцевой адсорбер. В кольцевых адсорберах площадь сечения поглотителя значительно увеличена по сравнению с площадью сечения поглотителя в вертикальном и горизонтальном адсорберах тех же габаритов.
2. Расчет адсорбера периодического действия со стационарным слоем адсорбента для улавливания паров органических веществ.
2.1 Исходные данные.
Объем выбросов – 25000 м3/ч;
Относительная влажность – 57 %;
Температура – 323 К;
Состав:
Азот – 76%;
Кислород – 20,5%;
Диоксид углерода – 2,0%;
Толуол – 2,31 г/м3;
Бутилацетат – 1,32 г/м3;
Ксилол – 2,11 г/м3;
Бутанол – 1,85г/м3;
Адсорбент АР-3;
Эффективность десорбции (конденсации) – 90 (70)%;
Эффективность очистки – 90%;
Десорбция производится водяным паром Т=383К и Р=0,35Мпа;
Сушка производится воздухом при Т=358К.
2.2 Расчет параметров адсорбера.
При расчете адсорбера необходимо использовать используют следующие исходные данные: объемный расход очищаемого газа Q, м3/ч, концентрация удаляемой примеси С, мг/м3, и давление отходящих газов р (Па). В результате расчета будут определены потребная масса адсорбента, конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление аппарата и время защитного действия адсорбера.
Адсорбент АР-3 – активный рекуперационный уголь. Характеристики:
Размер гранул – 1–5,5мм;
Насыпная плотность – 550кг/м3;
Время защитного действия – не ограничено;
Предельный адсорбционный объем микропор – 0,33 см3/г;
Область применения – исключительно для рекуперации.
Если газ или пар пропускают через тщательно откачанный адсорбент, то происходит распределение его молекул между газовой и твердой фазами. Через некоторое время достигается состояние равновесия и процесс прекращается. Количество газа, адсорбируемого 1 г сорбента в равновесном состоянии, зависит от температуры, давления, а также от природы адсорбента и адсорбата. Величины, получаемые для данного количества адсорбента при постоянной температуре, соответствуют так называемой изотерме адсорбции. Независимо от природы адсорбционных сил на величину адсорбции влияют следующие факторы: природа поглощаемого вещества; температура; давление; примеси в фазе, из которой поглощается вещество.
Природа поглощаемого вещества: считается, что равновесная концентрация x* тем выше, чем больше молекулярный вес поглощаемого газа, а в случае растворов - чем меньше растворимость поглощаемого вещества в жидкости. С повышением температуры при прочих равных условиях равновесная концентрация x* уменьшается.
С ростом давления в парогазовой фазе равновесная концентрация увеличивается. Примеси в фазе, из которой поглощается вещество: при наличии в фазе, из которой адсорбент поглощает вещество А, конкурирующего (вытесняющего) вещества В, т.е. вещества, также способного поглощаться этим адсорбентом, уменьшается равновесная концентрация x* вещества А. В этом случае вещество В либо частично, либо полностью вытесняет или замещает вещество А в адсорбенте.
Адсорбенты характеризуются статической и динамической активностью. После некоторого периода работы адсорбент перестает полностью поглощать извлекаемый компонент и наблюдается "проскок" компонента через слой адсорбента. С этого момента концентрация компонента в отходящей парогазовой смеси возрастает вплоть до наступления равновесия.
Количество вещества, поглощаемого единицей массы (или объема) адсорбента за время от начала адсорбции до начала "проскока", определяет динамическую активность адсорбента. Количество вещества, поглощенное тем же количеством адсорбента за время от начала адсорбции до установления равновесия, характеризует статическую активность (равновесную активность).
Статическая и динамическая активности адсорбента зависят от температуры газа и концентрации в нем поглощаемого компонента. Согласно основным положениям массопередачи, равновесные соотношения при адсорбции должны выражать зависимости между концентрацией адсорбированного твердым телом вещества (адсорбатом) и равновесной концентрацией поглощаемого вещества в парогазовой смеси или растворе - адсорбтивом.
Если поглощаемым веществом является газ или пар, то равновесную концентрацию в парогазовой смеси можно заменить парциальным давлением. Адсорбируемое количество обычно выражают объемом, поглощенным 1 г адсорбента при 0°С и давлении 760 мм рт. ст., или массой газа, адсорбированной на единицу массы сорбента.
При постоянной температуре количество адсорбированного газа или пара возрастает с увеличением давления. Поскольку адсорбция является экзотермическим процессом, количество вещества, адсорбированного в состоянии равновесия, всегда уменьшается при повышении температуры.
В результате протекания некоторых сложных процессов, таких, например, как смачивание адсорбента или изменения формы отверстий капилляров и пор твердой фазы, параметры, характеризующие равновесие десорбции, отличаются от величин, определенных для адсорбционного равновесия. Для процесса адсорбции характерно наличие гистерезиса, и давление десорбции всегда ниже, чем величина, получаемая при адсорбции.
2.2.1 Определение необходимого сечения слоя адсорбента.
S=V/ω=25000/0,3·3600=23,15м2;
(2.1)
где V - объем выброов;
ω - скорость потока газа;
Рабочую скорость потока газа примем на 25% ниже допустимой, принятой по справочным данным. Обычно, исходя из условий осуществления необходимого времени контакта газа с сорбентом и минимальных гидравлических сопротивлений, ω выбирают в пределах 0,15-0,5 м/с.:
ω=0,75·0,4 = 0,3 м/с.
(2.2)
Тогда внутренний диаметр адсорбера равен:
D=√4 ·V/(π ·ω)=√4· 100/25000/(3,14·0,3)=1,3 м.
(2.3)
Где V – объемный расход паров в адсорбере исходя из условий м3/с.
Тогда сечение слоя адсорбента можно найти как:
Sсл = П · Н = π · Dвн · Н = 3,14·1,3·4,6=18,7м2 .
(2.4)
где Н = 4,6 — по справочным данным.
Определим необходимое количество адсорберов:
N=S/Sсл = 23,15/18,7 = 1,24 ≈ 2 адсорбера.
(2.5)
Для того чтобы обеспечить необходимую рабочую поверхность необходимо 2 адсорбера.
2.2.2 Определение коэффициента массопередачи адсорбера.
Определим порозность слоя исходя из критерия Архимеда
(2.6)
где ч – плотность частиц адсорбента, ч = 550 кг/м3.
Принимаем коэффициент формы частиц: =0,8.
Тогда:
(2.7)
где µв – вязкость воздуха.
Порозность слоя выражена следующим выражением.
(2.8)
(2.9)
Снижение движущей силы массопереноса в результате отклонения движения газа от режима идеального вытеснения учтем введением дополнительного диффузионного сопротивления продольного перемешивания. Коэффициент, учитывающий продольное перемешивание запишем в виде:
(2.10)
Коэффициент массопередачи с учетом продольного перемешивания:

(2.11)
Таким образом удельная поверхность адсорбента равна:
(2.12)
2.2.3 Определение высоты насадки.
(2.13)
Принимаем к установке, учитывая небольшой диаметр колонны, насадочную часть в один ярус высотой H = 4,6 м с массой насадки:
(2.14)
2.3 Расчет стадии десорбции.
Десорбцию производят водяным паром с давлением 3,6 ат; в процессе десорбции в адсорбере атмосферное давление 1ат; вся система (кроме изоляции) нагревается до 100 °С, теплоизоляция нагревается до 70 °С.
Расход тепла на нагревание адсорбера:
Q1 = Ga·с1· (t1 – k – t1 – h),
(2.15)
где Ga – масса всего адсорбера, кг.
Ga = G′a·1,2; G′a = V1·ρст,
(2.16)
где G′a – масса обечайки адсорбера , кг;
V1 – объем адсорбера, м3;
ρст – плотность стали, кг/м3.
V1 = S1*hц; S1 = S- S2; S = π · ( D 1ад)2/4; S2 = π· D 2ад/4,
(2.17)
где D1ад- диаметр адсорбера (учитывая толщину стенки), м.
S = 0,785·1,7 = 1,4 м2;
S2 = 0,785·1,6 = 1,25 м2;
S1 = 1,4 – 1,25 = 0,15 м2;
V1 = 0,15·6 = 0,9 м3;
G′a = 0,9·7850 = 7065 кг;
Ga = 7065·1,2 = 8478 кг.
Теплоемкость стали:
с1 = 0,482 кДж/кг·К = 0,115 ккал/кг·К ,
(2.18)
где 1 ккал = 4,19 кДж, тогда:
Q1 = 8478·0,482·(100-20) = 283339 кДж = 67627 ккал.
Расход тепла на нагревание асбестовой изоляции:
Q2 = G2·с2· (t2 – k– t2– h).
(2.19)
Теплоемкость асбестовой изоляции:
с2 = 0,817 кДж/кг·К = 0,195 ккал/кг·К,
Q2 = 1000·0,817 · (70-20) = 40850 кДж = 9749 ккал.
Расход тепла на нагревание угля:
Q3 = G3·с3 · (t3 – k– t3– h).
(2.20)
Теплоемкость угля:
с3= 0,838 кДж/кг·К = 0,2 ккал/кг·К,