Розрахунки апаратів адсорбції газів

Мета роботи – застосування одержаних знань під час розрахунків адсорбційного апарата.

Основні положення

При проектуванні адсорбера необхідні такі вихідні дані:

• об'ємна витрата газу, що очищується (повітря), Q, м³/с;

• концентрація домішок С₀, кг/м³ ;

• властивості газу, що очищується (температура, густина, в'язкість);

• тиск газів, що відходять.

Завдання до практичної роботи

Розрахувати адсорбер за такими даними.

Таблиця 4.1 – Вхідні дані

Q м3/год	Забруднююча речовина	VmA, см3/моль	С0, г/м3	dз, мм	ρн, кг/м3	ρу, кг/м3	α, кг/кг	ΔР, кПа	Форма частинок
500	Cl2	48,4	50	4	600	850	0,25	1,9	Пелюсткова

Розрахунок.

1 Вибирають робочу температуру (мінімально можливу) і тип сорбенту. Вибір сорбенту проводять за ізотермою адсорбції при заданих t і С₀. У цій практичній роботі параметри сорбенту при t=20С наведені в таблиці вихідних даних.

2. Розраховуємо коефіцієнт дифузії домішок у повітрі D, м²/с:

,

де Т – температура потоку, К (прийняти Т=293 К);

Р – тиск (беремо атмосферний), Па;

V_mA, V_mB, м_а й М_В – мольні об’єми (cм³/моль) і маси (кг/кмоль) відповідно домішки (А) і повітря (В). Мольні об’єми визначають як суму атомних об’ємів елементів Мольні маси визначають як суму атомних мас елементів. Для повітря V_mB = 29,9 см³/моль; М_в = 29 кг/кмоль.

D = * = 5,03* 10^-9.

3. Розраховуємо коефіцієнт масопередачі К, 1/с:

,

де D – коефіцієнт дифузії, м²/с;

ν – кінематична в'язкість газу, що очищується, м²/с (для повітря при 20°С ν = 1610^-6 м²/с, густина ρ = 1,2 кг/м³);

d_з – розмір зерна сорбенту, м;

υ₀ – швидкість газового потоку, що надходить у адсорбер, беремо

υ₀ = 0,5м/с.

К = 1,6 * =

4 Тривалість процесу адсорбції τ, с:

,

де С = α·ρ_н – концентрація речовини, що адсорбується в адсорбенті, рівноважна з концентрацією потоку, кг/м³;

Н – висота шару адсорбенту, беремо Н = 1м.

Коефіцієнт b визначається залежно від концентрації домішки на вході адсорбера С₀ і необхідної концентрації домішки на виході з адсорбера С₁ , брати С₁ = 0,5 г/м³.

τ = = = 65 с.

Практична робота 5

Розрахунок адсорбера для очищення стічних вод

Мета роботи – набуття навичок розрахунків адсорбційних пристроїв з очищення стічних вод гальванічного виробництва від забруднень.

Основні положення

На ділянках виробництв, де здійснюється нанесення гальванічних покриттів, утворюється стічна вода, що забруднена кислотами, важкими металами та їх солями й іншими речовинами, у тому числі ціанідами. Перед скиданням у водоймища або каналізацію стічну воду необхідно очистити. Найбільш ефективним способом є адсорбція.

Розглянемо очищення стічних вод від ціанідів.

При подачі озону в стічну воду ціанід-іони окиснюються за реакцією

CN^- + O₃ = CNO^- +O₂.

Тобто, коли йде окиснення ціанід-іонів у стічній воді, з'являються ціаніт-іони CNO^-. Близько 30% ціаніт-іонів будуть окиснюватися за реакцією

2CNO^- + 3О = NCO₃+3О₂.

Ціаніт-іони, що залишаються, гідролізуються в стічній воді з утворенням NH₃ з подальшим окисненням до NО₃^-. Для подачі озоноповітряної суміші в адсорбер та її рівномірного розподілу використовують шамотно-силікатні пористі елементи у вигляді патронів із замкненим дном (зовнішній діаметр – 50 мм, внутрішній – 30 мм, довжина – 230 мм, середній розмір пор – 0,1 мм).

Завдання до практичної роботи

Розрахувати адсорбер для очищення стічної води від ціанітів.

Таблиця 5.1 – Вхідні дані.

Q, м3/год	СCN, кг/м3	К	τ, год	n	Ра, МПа
16	0,07	1,20	0,85	2	0,18

Розрахунок.

1 Визначаємо об’єм адсорбера V, м³:

,

де Q – витрата стічної води, м³/год;

τ – час циклу очищення (заповнення, знешкодження, спорожнювання);

k – коефіцієнт запасу (1,15-1,2)

y – коефіцієнт заповнення адсорбера (0,6-0,8);

n – кількість адсорберів (як правило, n = 2).

V = = 10,2

Приймаємо V_н = 10.

2 Визначаємо висоту адсорбера Н, м:

,

де D – діаметр адсорбера, який вибирається з конструкційних міркувань. Вважається, що відношення висоти до діаметра повинно знаходитися в межах х=Н/D=1,2-1,5, тоді D=(4V/хπ)^1/3.

D = = 2,05 м;

H = = 3,03

3 Визначаємо витрату озону, яка необхідна для окиснення Q_О, кг/с:

^Q_О ^{= СО·Q,}

де ^Q – витрати стічної води, м³/с;

^СО – необхідна концентрація озону в адсорбері, кг/м³:

^СО = ΔС_CN·M_cn/М_o,

де M_O і М_CN – молекулярні маси озону й ціаніду;

ΔС_CN – різниця концентрацій ціанідів у стічній і очищеній воді.

Як правило:

ΔС_CN= С_CN - ГДК_CN.

ΔС_CN= С_CN - ГДК_CN=7*10^-2 – 5*10^-2=6,995*10^-2 кг/м³

С_о = 6,995 * 10^-2 * = 3,77 * 10^-2 кг /м³;

Q_o = 3,77 * 10^-2 * 16 = = 1,6 * 10^-5 кг / с.

4 Визначаємо кількість елементів для аерації n_е:

n_е = Q_ОП / Q_Е,

де Q_ОП – максимальна витрата озоноповітряної суміші, м³/с:

де t – температура повітря на виході теплообмінника;

Р_а – тиск на вході в адсорбер;

t₀, Р₀ – температура і тиск за нормальних умов: t₀=0°С; Р₀=0,1 МПа;

Q_Е – припустима витрата повітря через елемент аерації, м³/с:

Q_Е = К·ΔP·h·f,

де К – коефіцієнт повітропроникності елемента, м³/м²;

ΔР – перепад тиску на елементі, МПа;

h – товщина елемента, м;

f – площа фільтрації одного елемента, м².

Q_оп = = 1,05 * 10^-5 м³ /с;

Q_Е = 1,20 * 0,08 * 0,1 * 0,00361 = 3,465 * 10^-5 м³ /с;

∆Р = Р_а – Р_о = 0,18 – 0,1 = 0,08;

п_е = = 3,03 шт.