Задание 65

Тема курсового проекта: Абсорбция паров спирта.

Спроектировать абсорбер с жалюзийно-клапанными тарелками и схему абсорбционной установки для улавливания паров спирта по следующим исходным данным.

Исходные данные на проектирование:

В абсорбере разделяется смесь газов в количестве G_с = 1350 кг/ч от спирта. Содержание спирта в газе на входе в абсорбер у_н = 0,7 % от общей массы газов, содержание спирта в газе на выходе из абсорбера с_к = 1 г/м³. Абсорбент – вода с массовым содержанием спирта в выходящей из абсорбера воде х_к = 2,5 %, в поступающей воде х_н = 0. Давление в абсорбере Р = 0,3 МПа. Температура поглощающей воды t = 20 ^оС. Плотность газов _г = 1,84 кг/м³. Коэффициент диффузии паров спирта в газе при температуре 20 ^оС D_г = 0,748^.10^-5 м²/с, коэффициент диффузии спирта в водно-спиртовом растворе D_ж = 1,08^.10^-9 м²/с.

Равновесное массовое содержание спирта в газовой и жидкой фазе:

Содержание спирта в растворе х, % масс.	Содержание спирта в газе у, % масс.
1	0,103
3	0,315
5	0,497
7	0,707
10	0,928

Расчет абсорбера провести по основному уравнению массопередачи.

6. Адсорбционная очистка газов

Твердые вещества и жидкости, соприкасающиеся с газовой средой, концентрируют ее компоненты на поверхности раздела фаз. Это явление, называемое сорбцией, широко используется в технике для извлечения из газовых потоков ценных или загрязняющих парогазовых примесей.

Адсорбция - процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой среды и жидкостей с помощью твердых материалов с большой удельной поверхностью.

Газовая среда, из которой происходит поглощение компонента, называется газом-носителем, твердое вещество, поглощающее компонент - адсорбентом, поглощаемое вещество - адсорбтивом, поглощенное вещество - адсорбатом.

Особенностью процессов адсорбции является избирательность и обратимость. Благодаря этой особенности процесса возможно погло­щение из парогазовых смесей или растворов одного или нескольких компонентов, а затем, в других условиях, десорбирование их, т.е. выделение нужного компонента из твердой фазы в более или менее чистом виде.

Благодаря большой удельной поверхности адсорбентов возможны сравнительно большие скорости адсорбции веществ при малых концентрациях в исходных смесях и даже практически полное их погло­щение, что трудно осуществимо другими технологическими методами (абсорбцией или ректификацией).

Адсорбцию широко применяют в различных отраслях для разделения смесей (выделение бензола из парогазовых смесей, разделение смесей газообразных углеводородов, сушка воздуха, очистка жидких нефтепродуктов от растворенных в них примесей и т.д.).

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции между молекулами адсорбента и молекулами адсорбируемого вещества не происходит химического взаимодействия. Процесс физической адсорбции может быть обратимым, т. е.: чередуются стадии адсорбции и десорбции (выделения поглощенного компонента из адсорбента).

При химической адсорбции молекулы адсорбента и адсорбтива химически взаимодействуют. Десорбция практически неосуществима. При химической адсорбции выделяется значительно больше теплоты, чем при физической адсорбции.

В промышленности нашла применение физическая адсорбция, в значительной мере из-за возможности осуществить обратный процесс (десорбцию).

Адсорбент должен иметь высокую сорбционную емкость, что зависит от удельной площади поверхности и физико-химических свойств поверхностных частиц. Он должен обладать достаточной механической прочностью. Чтобы аэродинамическое сопротивление слоя было невысоким, плотность адсорбента должна быть небольшой, а форма частиц обтекаемой и создавать высокую порозность насыпки. Адсорбент для процесса физической сорбции должен быть химически пассивным к улавливаемым компонентам, а для химической сорбции (хемосорбции) - вступать с молекулами загрязнителей в химическую реакцию. Для снижения затрат на десорбцию уловленных компонентов удерживающая способность адсорбента не должна быть слишком высокой. Адсорбенты должны иметь невысокую стоимость и изготавливаться из доступных материалов.

С учетом этих требований практическое применение получили активированный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты. Эти вещества отличаются друг от друга природой материала и, как следствие, своими адсорбционными свойствами, размерами гранул, плотностью и др. (табл. 12).

Активированный уголь удовлетворяет и большинству других требований, в связи с чем широко применяется. Одним из основных недостатков активированного угля является химическая нестойкость к кислороду, особенно при повышенных температурах.

Остальные адсорбенты проявляют, как правило, селективность к улавливанию загрязнителей. Так, оксиды алюминия (алюмогели) используются для улавливания фтора и фтористого водорода, полярных органических веществ, силикат кальция - для улавливания паров жирных кислот, силикагель - для полярных органических веществ, сухих газовых смесей. Цеолиты ("молекулярные сита") - алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных или щелочноземельных металлов, адсорбируют газы, молекулы которых соответствуют размерам "окон" в кристаллической решетке. Большинство полярных адсорбентов можно использовать для осушки газов.

Таблица 12.

Характеристики активных углей

Марка угля	Насыпная плотность ρн, кг/м3		Фракционный состав		Области применения		Прочность	Структурная константа В.106, г.рад2
			фракция, мм	%
1	2		3	4	5		6	7
БАУ	240		5,0-3,6 3,6-1,0 1,0	2,5 95,5 2,0	Адсорбция из растворов		-	0,55
ДАК	Не норми руется		5,0-3,6 3,6-1,0 1,0	2,5 95,5 2,0	Извлечение масла из парового конденсата, извлечение различных веществ из растворов		—	—
АР-А	550		5,0 5,0-2,8 2,8-1,0	1,0 83,0 15,0	Улавливание паров растворителей при темп. кип. выше 100 °С (толуол, ксилол, амилацетат и др)		65	0,74
АР-Б	580		5,0 5,0-2,8 2,8-1,0 1,0	1,0 83,0 15,0 1,0	Рекуперационный уголь, применяется для улавливания паров растворителей с температурой кипения 60-100°С (бензол, дихлорэтан, бензин и др.)		70	—
АР-В	600		5,0 5,0-2,8., 2,8-1,0 1,0	1,0 83,0 15,0 1,0	Для улавливания паров с температурой кипения ниже 60 °С (метанол, хлористый метилен, ацетон и др)		75	—
АГ-3	400-500		3,6 3,6-2,8 2,8-1,5 1,5-1,0	0,4 3,0 86,0 10,0	Адсорбция из газообразных и жид ких сред		75	—
1	2		3	4		5	6	7
КАД-иодный	450		5,0 5,0-2,0 2,0-1,0	5,0 70,0 25,0		Извлечение иода из буровых вод и извлечение различных веществ из растворов и газовоздушных (паровоздушных) смесей	60	–
СКТ-1	470		0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 2,0-2,7	0,5 10,0 Не норми руется 25,0 5,0		Разделение углеводородных газов и для тонкой очистки воздуха и газов	70	0,71
СКТ-2	460		1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,7 2,7-3,5	0,6 6,0 40,0 Не норми руется 2,0		Очистка воздуха от сероуглерода и в других процессах тонкой очистки воздуха и газов	70	0,65
СКТ-3	380		2,7-3,5 2,0-2,7 1,5-2,0 1,0-1,5 1,0	25,0 Не норми руется 13,0 6,0 0,6		Рекуперация паров органических растворителей и улавливание углеводородных газов		0,73
СКТ-4	430		1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,7 2,7-3,5	0,6 10,0 40,0 Не норми руется 5,0		Очистка воздуха и газов от примесей и улавливание паров органических растворителей, осветление и очистка воды и растворов	50	0,76
1	2		3	4		5	6	7
СКТ-6	470	0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,7		0,5 15,0 Не норми- руется 25,0 2,0		Марки А характеризуются развитой пористой структурой и высокими суммарной пористостью и динамической активностью, используются для извлечения паров органических веществ. Марки Б характеризуются высокой активностью по веществам с малым размером молекул (оксиды азота, криптон, ксенон). Предназначаются для адсорбции радиоактивных газов	65	1,05

Адсорбция представляет собой экзотермический процесс, а адсорбционная емкость снижается при повышении температуры. В связи с этим желательно проводить охлаждение адсорбционного слоя.

Адсорбция может протекать в неподвижном слое, перемещающемся (движущемся) слое, кипящем (псевдоожиженном) слое адсорбента.