Каталитические методы
.pdfСПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
условия их обитания с учетом вида очищаемой среды и содержащихся в ней
веществ.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
2. Предлагаемая технологическая схема очистки отходящих газов от органических растворителей на примере н-бутанола
Основные свойства рабочих сред
Н-бутанол. Физико-химические свойства н-Бутанол - бесцветная жидкость со спиртовым запахом
Химическая формула С4H9OH, эмпирическая формула С4H10O,
молярная масса 74,12 г/моль, температура кипения 117,4оС, температура вспышки 34оС, самовоспламенения 345 оС, плотность ρ = 0,8099 г/см³,
растворимость в воде 7,9% масс. при 20 оС, смешивается со многими органическими растворителями. Агрегатное состояние в воздухе - пары.
Н-бутанол используется как растворитель для красок, лаков и олиф,
натуральных и синтетических смол, каучуков, растительных масел, красок и алкалоидов. Он играет роль промежуточного звена в производстве фармацевтических препаратов и химикалий, и используется в отраслях промышленности, производящих искусственную кожу, текстиль,
небьющееся стекло, резиновый клей, шеллак, плащи, фотографические пленки и духи.
Токсикологическая характеристика.
Наркотик с раздражающим действием паров на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Класс опасности - третий. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны - 10мг/м3.
Бензол. Физико-химические свойства
Бензол - бесцветная
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B2%D0%B5%D1%82> жидкость
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE% D1%81%D1%82%D1%8C> с приятным сладковатым запахом
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D1%85>.
Химическая формула С6H6. Молярная масса 78,11 г/моль, температура плавления 5,5 °C; температура кипения 80,1 °C; температура воспламенения
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
паров -11оС; температура самовозгорания 562 оС. Подобно всем углеводородам бензол горит и образует много копоти. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфирами
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D0%B8%D1%80>, бензином
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%B8%
D0%BD> и другими органическими растворителями, с водой образует азеотропную смесь с температурой кипения 69,25 °C (91% бензола). Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25 °C).
Простейший ароматический углеводород
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%8B>.
Бензол входит в состав бензина
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%B8%
D0%BD>, широко применяется в промышленности
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BC%D1%8B%
D1%88%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D
1%8C>, является исходным сырьём для производства лекарств
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%
D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE>, различных пластмасс
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%
D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0>, синтетической резины
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D0%BD%
D0%B0>, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D1%8C>,
в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов. Токсичен
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%
D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C>, канцерогенен
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B5% D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD>, имеет второй класс опасности.
2.2 Описание технологической схемы
очистка газ адсорбер бутанол
Исходя из данных на проектирование и анализ всевозможных методов,
в данном курсовом проекте мною был выбран метод очистки отходящих
газов от н-бутанола путем адсорбции. Процессом адсорбции относительно
легко управлять, поскольку, варьируя условия эксперимента, можно осуществлять количественную и качественную адсорбцию-десорбцию и контролировать этот процесс. Для осуществления адсорбционных методов не требуется сложного приборного оформления. Адсорбционный метод
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
отличается высокой технологичностью и легкостью автоматизации.
В качестве основного аппарата выбран вертикальный адсорбер периодического действия с неподвижным слоем адсорбента. Основным положительным фактором таких установок является отсутствие в них истирания частиц в результате трения одна о другую и о стенки аппарата,
трубопровода и т.п. В таких адсорберах достигается достаточно высокая степень очистки и осушки газов, подаваемых в аппарат.
Основными недостатками адсорберов периодического действия являются небольшие скорости газового потока и шихте и относительно малая доля сорбента, активно участвующего в процессе (зона массопередачи, как правило, значительно меньше общей толщины слоя). Вертикальные адсорберы более рациональны в использовании, так как по сравнению с горизонтальными, в них достигается более полное использование адсорбционной емкости сорбента.
Вертикальный адсорбер периодического действия системы ВТР представляет собой аппарат с цилиндрической обечайкой и коническими крышкой и днищем. Диаметр аппарата 2,1 м, высота угольного слоя 0,5 м.
Адсорбент помещается на разборных колосниковых решетках, которые располагаются на балках. Последние устанавливают на опоры, приваренные к стенке корпуса адсорбера.
Приведенная в приложении технологическая схема адсорбционной установки периодического действия с неподвижным слоем адсорбента для рекуперации летучих растворителей работает по четыхфазному циклу.
Исходная смесь подается в адсорбер вентиляторами через рукавные фильтры,
огнепреградитель с разрывными мембранами и холодильник. Число адсорберов - 2.
Очищенный в результате адсорбции газ удаляется из адсорбера. По окончании фазы адсорбции линия подачи исходной смеси (вентилятор,
фильтр, огнепреградитель, холодильник) переключается на следующий адсорбер, в котором уже прошли стадии регенерации (десорбция, сушка,
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
охлаждение), а в первом аппарате начинается десорбция.
Острый пар давлением 0,3 - 0,5 МПа подается на десорбцию в адсорбер
(давление в адсорбере до 0,5 МПа. Смесь извлекаемого компонента с динамическим паром (пар, который не конденсируется в слое адсорбента)
выходит и адсорбера и поступает через разделитель в конденсатор,
холодильник и сборник. Из сборника смесь идет на разделение (отстаивание,
ректификация и т.д.)
Образовавшийся в адсорбере конденсат греющего пара (часть пара,
идущего на нагрев системы до температуры процесса, на десорбцию извлекаемого компонента, на компенсацию отрицательной теплоты смачивания адсорбента водой и на компенсацию потерь теплоты) удаляется через гидрозатвор.
Воздух для сушки вентилятором нагревается в калорифере до 80 - 100
оС, подается в адсорбер и удаляется адсорбера. Вентилятор подает и на охлаждение адсорбента атмосферный воздух, который удаляется из адсорбера. На этом цикл заканчивается, и адсорбер переключается на стадию адсорбции.
Продолжительность фаз процесса изображена на циклограмме
Время, ч |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Адсорбер 1 |
а |
а |
а |
а |
д |
с |
о |
- |
а |
а |
а |
а |
Адсорбер 2 |
д |
с |
о |
- |
а |
а |
а |
а |
д |
с |
о |
- |
Время, ч |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
|
Адсорбер 1 |
д |
с |
о |
- |
а |
а |
а |
а |
д |
с |
о |
- |
Адсорбер 2 |
а |
а |
а |
а |
д |
с |
о |
- |
а |
а |
а |
а |
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
3. Расчетная часть
Расчет адсорбера системы ВТР периодического действия с
неподвижным слоем адсорбента для улавливания паров н-бутанола
Построение изотермы адсорбции
Ординаты и абсциссы точек изотермы бутанола вычисляются по
формулам (1) и (2):
a* a* |
V |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
|
1 |
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
|
T |
|
p |
s |
1 |
|
||
lg p |
|
|
1 |
lg |
|
, |
||||||
2 |
S 2 |
T |
p |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
(2)
где a1* и a2* - концентрации адсорбированных бензола и бутанола, кг/кг;1 и V2 - молярные объемы бензола и бутанола в жидком состоянии, м3;1 и p2 - парциальное давление паров бензола и бутанола, мм рт. ст;S-1 и pS-2 - давление насыщенных паров бензола и бутанола при 20°С, мм рт. ст.;
T1 и Т2 - абсолютная температура бензола и бутанола при адсорбции (в
данном случае Т1 - Т2 = 293° К);
β - коэффициент аффинности.
Молярный объем бензола:
V |
|
M |
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
||
78 |
1 |
|
879 |
||
|
0,0887м |
3 |
/ кмоль |
|
.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Молярный объем бутанола:
V |
|
|
M |
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||
|
|
|
|
||
74 |
1 |
|
810 |
||
|
0,0914м |
3 |
/ кмоль |
|
.
Коэффициент аффинности:
|
V |
2 |
|
||
|
|
|
|
V |
|
|
|
1 |
0,0914
0,0887
1,03
.
На изотерме бензола берем ряд точек
Первая точка: a1* = 0,25 кг/кг; p1 = 8 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
a |
* |
|
0,25 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* a* |
V1 |
|
0,25 |
|
0,0887 |
0,0031кмоль/кг 0,0027 92 0,23 кг/кг ; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
1 V |
|
78 |
|
0,0914 |
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg p2 |
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
0,329, |
|
|
||||||
293 |
|
p2 |
0,47 мм рт. ст. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
||||
Вторая точка: a1* = 0,30 кг/кг; p1 = 57 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
a |
* |
|
0,30 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* |
a* |
V |
|
0,30 |
|
0,0887 |
0,0037 кмоль/кг 0,0037 |
74 |
0,276 кг/кг ; |
||||||
1 |
|
|
|
|
|||||||||||
2 |
|
|
1 |
V |
|
78 |
|
0,0914 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
0,549, |
|
|
|||||||
2 |
293 |
|
57 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p |
2 |
3,5 мм рт. ст. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Третья точка: a1* = 0,15 кг/кг; p1 = 1 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
a |
* |
|
0,15 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* |
a* |
V |
0,15 |
|
0,0887 |
0,00186 кмоль/кг 0,00186 74 0,138 кг/кг ; |
||||||
1 |
|
|
|
|
||||||||
2 |
|
|
1 |
V |
78 |
|
0,0914 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 |
1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
1,26, |
|||||
2 |
293 |
|
1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p |
2 |
0,055 мм рт. ст. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Четвертая |
точка: a1* |
= 0,28 кг/кг; p1 = 20 мм рт. ст. Вычислим |
||||||||||
координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
a |
* |
|
0,28 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* |
a* |
V |
|
0,28 |
|
0,0887 |
0,0035 кмоль/кг 0,0035 |
74 |
0,26 кг/кг ; |
|||||||
1 |
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
1 |
V |
|
78 |
|
|
0,0914 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
0,0807, |
|
|
||||||||
2 |
293 |
|
20 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
p |
2 |
1,204 мм рт. ст. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пятая точка: a1* = 0,20 кг/кг; p1 = 2,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
a |
* |
|
0,20 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* a* |
V |
|
0,20 |
|
0,0887 |
0,00248 кмоль/кг 0,00248 |
74 |
0,184 кг/кг ; |
|
1 |
|
|
|||||||
2 |
1 |
V |
|
78 |
|
0,0914 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
0,851, |
|
||
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
293 |
2,5 |
|
откуда |
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
2 |
0,141 мм рт. ст. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шестая точка: a1* = 0,26 кг/кг; p1 = 10 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
a |
* |
|
0,26 |
кмоль / кг; |
|
||||
|
|
|||
1 |
|
78 |
|
|
|
|
|
|
|
a* a* |
V1 |
|
0,26 |
|
0,0887 |
0,00323 кмоль/кг 0,00323 74 0,24 кг/кг ; |
|
|
|
||||
2 1 V |
|
78 |
|
0,0914 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
|
2 |
293 |
10 |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
p |
2 |
0,588 мм рт. ст. |
|
|
0,2306,
откуда
Седьмая точка: a1* = 0,22 кг/кг; p1 = 3,5 мм рт. ст. Вычислим координаты соответствующей точки на изотерме бутанола:
a1* 0,2278 кмоль / кг;
a* a* |
V |
|
0,22 |
|
0,0887 |
0,0027 кмоль/кг 0,0027 |
74 |
0,202 кг/кг ; |
|
1 |
|
|
|||||||
2 |
1 |
V |
|
78 |
|
0,0914 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
lg p |
|
lg 4,7 1,03 |
293 |
lg |
75,23 |
0,7, |
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
293 |
3,5 |
|
откуда |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
p |
2 |
0,199 мм рт. ст. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислив ординаты и абсциссы всех точек, полученные данные, |
|||||||||||||
сводим в табл. 1. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Изотерма бензола |
|
|
|
Изотерма бутанола |
|
|
|||||||
|
a1*, кг/кг |
|
|
|
p1, мм рт. ст |
a2*, кг/кг |
|
p2, мм рт. ст |
|
|||||
|
0,15 0,20 0,22 0,25 |
1 2,5 3,5 8 10 |
|
0,138 0,184 0,202 |
0,055 0,141 |
|
||||||||
|
0,26 0,28 0,30 |
20 57 |
|
|
0,23 0,24 0,26 0,276 |
0,199 0,47 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,588 1,204 3,5 |
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
По найденным точкам строим изотерму бутанола для 20 ºС.
Определим с помощью изотермы статическую активность угля по
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C 0 |
|
0,0025 |
3 |
. |
бутанолу при концентрации паровоздушной смеси |
кг / м |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
Предварительно необходимо рассчитать парциальное давление, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
соответствующе C, по формуле (3): |
|
|
|
|
|
||||||||
p |
|
C 0 RT ; |
|
|
|
|
|
||||||
|
0 |
(3) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 RT 0,0025 |
8,31 |
293 0,0075 0,617 мм рт. ст. |
|
|
|
|||||
p0 |
C |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
0,074 |
|
|
|
|
|
|
|||||
По диаграмме абсциссе p0 = 0,617 мм рт. ст. соответствует ордината a0*
= 0,25 кг/кг.
. Так как на изотерме точка, соответствующая исходной
концентрации паровоздушной смеси |
C 0 |
0,0025 кг / м |
3 |
, |
находится во второй |
||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
области, то продолжительность процесса вычисляется по формуле (4): |
|||||||||||||||||||||||||
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
C |
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
H |
|
|
|
|
ln |
|
0 |
1 ln |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
C0 |
|
|
|
|
|
p |
C |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
y |
|
|
(4) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
C |
0 |
|
|
|
P |
|
0,055 133,3 |
0,003кг / м |
3 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
, |
y |
|
1 |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||||||||||
где |
|
|
|
y |
|
|
1 |
|
R T |
|
8,31 293 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На основании вида изотермы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
a 0,28кг / кг, |
a |
0,14кг / кг, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
И соответствующая этой величине поглощения парциальная упругость паров бутанола по изотерме адсорбции Р1=0,055 мм.рт.ст