Промышленная экология. Расчет аппаратов для очистки газов (90
.pdfб) Если c0 находится во второй области изотермы адсорб- ции, то продолжительность адсорбции определяем по формуле:
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
W |
|
|
1 |
c |
|
|
c |
|
|
|
|
||
τ |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|||||||||
|
= |
|
|
|
× L |
|
- |
|
|
× |
|
ln |
|
-1 |
+ ln |
|
-1 , с, |
(2.10) |
|||||
|
W × c |
|
|
β × |
f |
A |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
0 |
|
A |
|
|
c |
К |
|
c |
К |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
где А = c0/y1; y1 – |
концентрация вещества в газовом потоке, рав- |
||||||||||||||||||||||
новесная с количеством вещества и равная половине а∞, кг/м3; а∞ – количество вещества, максимально сорбируемое по-
глотителем при заданной температуре, кг/м3; сК – конечная концентрация паровоздушной смеси.
в) Если c0 находится в третьей области изотермы, то про- должительность адсорбции определяется по формуле
τ 0 |
|
|
a |
0 |
|
W |
c |
0 |
|
|
|
|
|
|||
= |
|
|
|
× LA - |
|
|
|
|
|
|
(2.11) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
× c0 |
β × f |
× ln |
|
-1 , с. |
|
|
||||||||
|
|
W |
|
cК |
|
|
|
|
|
|||||||
9. Если полученное время защитного действия адсорбера |
||||||||||||||||
отличается от заданного на величину ∆τ = τ – |
τ0, |
то изменяем |
||||||||||||||
длину (высоту) слоя адсорбента на величину |
DL1 |
= |
G × c0 × Dτ |
, |
||||||||||||
ρ Н × F × a0 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
м, где F – |
площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м2, |
и |
||||||||||||||
пересчитываем его массу.
Конструктивно аппараты для осуществления процесса адсорбции выполняют в виде вертикальных, горизонтальных и кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.
Пример. Определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера при улавливании паров эти- лового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезжиривания при условии ее непрерывной работы в тече- ние 8 часов. Производительность местного отсоса паровоз- душной смеси составляет V = 300 м3/ч. Начальная концен- трация паровоздушной смеси, подаваемой в адсорбер,
21
c0 = 10 г/м3. Эффективность очистки должна быть не ниже 99%. При расчете вязкость и плотность паровоздушной сме- си принять равной вязкости и плотности воздуха при тех же условиях. Поглощение происходит при 20ºС и атмосферном давлении.
1.Выбираем в качестве поглотителя активированный
уголь с диаметромгранул d = 3 мм исреднейдлиной гранул ℓ = 5 мм.
Насыпная плотность выбираемого сорбента ρН = 500 кг/м3, ка- жущаяся плотность ρК = 800 кг/м3. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на данном угле при условиях поглощения представлена на рисунке 1.
2.Для условий в адсорбере tР = 20º С и p = 9,8·10 Н/м2 принимаем по воздуху ρГ = 1,2 кг/м3 и ν = 0,15·10-4 м2/с. По изо- терме адсорбции и заданной величине c0 находим статистиче-
скую емкость сорбента (если c0 = 10 г/м3 по изотерме адсорбции
а0 = 170 г/кг или а´ 0 = 0,170·500 = 85 кг/м3).
3. Весовое количество очищаемого газа находим из вы- ражения G = V· ρГ = 300·1,2/3600 = 0,1 кг/с. Принимая коэффи- циент запаса k = 1,15, определяем массу сорбента
mC = 1,15 × 2,1× 0,01×8 × 3600 = 0,39 кг. 85
4. Выбираем эффективную скорость паровоздушной сме- си в адсорбере W = 0,2 м/с и определяем герметические размеры адсорбера для выбранной конструктивной схемы (вертикального
адсорбера). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0,39× 0,2 |
= 0,78 м. |
DA = |
4 × 0,1 |
|
= 0,73 м; |
LA |
||||
π ×1,2 × 0,2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0,1 |
|
||
5. Прежде чем определить энергозатраты на очистку па- ровоздушной смеси от паров этилового спирта, находим порис- тость сорбента, эквивалентный диаметр и коэффициент трения зернистого поглотителя
22
П = 800 − 500 = 0,375 ;
|
|
800 |
|
|
|
|
|
||
dЭ |
= |
0,375 × 3 ×10−6 |
×5 |
|
= 0,0014 |
м; |
|||
|
3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
(1 - 0,375)× |
|
+ 5 |
|
×10 |
−3 |
|
|
|
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re = |
|
|
0,2 × 0,0014 |
= 49,77 ; λ = |
220 |
= 4,42 ; |
|||
0,15 ×10−4 × 0,375 |
49,77 |
||||||||
|
|
|
|
||||||
|
3 |
|
0,78 × (1 - 0,375)× 0,22 |
|
2 |
||||
Dp = |
|
|
× 4,42 × |
|
|
|
= 972,9 Н/м . |
||
40,9 × 0,0014 × 0,3753
6.Из табл. 2.1 определяем коэффициент молекулярной
диффузиипаров этиловогоспирта в воздух при 0ºС и p0 = 9,8·10 Н/м2
D0 = 0,101·10-4 м2/с. Тогда
|
|
|
293 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−4 |
2 |
|
−4 |
2 |
|||
D = 0,101×10 |
|
× |
|
|
= 0,113 ×10 |
|
м/с |
|
|
273 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
7. Находим диффузионный критерий Прандтля
|
0,19 ×10−4 |
Pr = |
0,113 ×10−4 = 1,33 |
Для заданного режима течения газа Re = 49,77 определя- ем величину коэффициента массопередачи β для единичной удельной поверхности
|
0,64 |
|
0,33 |
|
0,113 ×10 |
−4 |
|
b = 0,53 × 49,77 |
|
×1,33 |
|
× |
|
|
= 0,057 м/с. |
|
|
0,0014 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Так как c0 = 10 г/м3 находится во второй области изо- термы адсорбции (см. рисунок), то время защитного действия адсорбера определяем по п.8 б.
Предварительно вычисляем вспомогательные величины. На основании вида изотермы адсорбции находим а∞ = 0,180 кг/кг и а∞/2 = 0,09 кг/кг, и соответствующая этой величине по-
23
глощения концентрация паровоздушной смеси y1 =2,7 г/м3, то есть А = 10/2,7 = 3,7.
а , г/кг 0
200
160
120
80
40
0
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
c0, г/м3
Области изотермы адсорбции первого типа для паров этилового спирта
9. Удельная поверхность адсорбера
|
4 × (1 - 0,375) |
0,003 |
|
2 |
3 |
|||
f = |
|
|
|
× |
|
+ 0,005 |
= 1083 м |
/м . |
0,003 |
× 0,005 |
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
24
10. Зная эффективность адсорбера, определяем концен- трацию паров этилового спирта на выходе из аппарата
cК = с0 × (1 -η ) = 10 × (1 - 0,99) = 0,1 г/м3.
11. Тогда продолжительность адсорбции
|
|
85 |
|
|
|
|
0,2 |
|
1 |
0,01 |
|
|
||
t0 |
= |
|
|
|
× 0,78 - |
|
× |
|
ln |
|
|
-1 |
+ |
|
|
|
|
0,057 ×1083 |
3,7 |
|
|||||||||
|
|
0,2 × 0,01 |
|
|
0,0001 |
|
|
|||||||
|
0,01 |
|
|
] } = 32346с = 8,98ч |
|
|
|
|
|
|||||
+ ln |
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
0,0001 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Полученное время защитного действия адсорбера более чем на 10% перекрывает необходимое время непрерывной рабо- ты аппарата, т.е. рассчитанный адсорбер полностью отвечает требованиям, поставленным в условии задачи.
Задание.
Рассчитать заданный адсорбер. Исходные данные взять по приложению 2.
25
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Варианты задач
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
Состав газа |
|
|
Тем- |
||
Вариан- |
Тип ци- |
Характеристика золы |
газа- |
|
|
(%) |
|
|
|
пера- |
|||
ты |
клона |
Dm, |
σ |
ρp, |
P, |
носителя |
CO2 |
SO2 |
N2 |
|
O2 |
H2O |
тура |
|
|
мкм |
кг\м3 |
Па |
(м3 /ч) |
|
(0С) |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
11 |
12 |
13 |
1 |
ЦН-11 |
13 |
2,55 |
2560 |
34 |
10000 |
12,1 |
0,2 |
73,6 |
|
5,5 |
8,6 |
250 |
2 |
ЦН-15 |
11,5 |
2,67 |
2800 |
102 |
11000 |
12,0 |
0,1, |
73,8 |
|
5,4 |
8,7 |
240 |
3 |
ЦН-15У |
17 |
3,55 |
2810 |
310 |
12000 |
11,9 |
0,2 |
73,5 |
|
5,6 |
8,8 |
230 |
4 |
ЦН-24 |
22 |
2,35 |
2760 |
19 |
13000 |
12,2 |
0,3 |
73,4 |
|
5,3 |
8,8 |
220 |
5 |
ЦН-11 |
22 |
2,74 |
2400 |
48 |
14000 |
11,8 |
0,4 |
73,7 |
|
5,3 |
8,8 |
210 |
6 |
ЦН-15 |
30 |
3,00 |
2700 |
59 |
15000 |
12,3 |
0,2 |
73,3 |
|
5,2 |
9,0 |
200 |
7 |
ЦН-15У |
28 |
2,64 |
2160 |
50 |
15100 |
11,8 |
0,1 |
73,0 |
|
5,5 |
9,6 |
190 |
8 |
ЦН-24 |
23 |
3,24 |
2120 |
32 |
15200 |
12,4 |
0,5 |
72,1 |
|
5,7 |
9,3 |
180 |
9 |
ЦН-11 |
19 |
3,30 |
2070 |
68 |
15300 |
11,7 |
0,4 |
72,9 |
|
5,0 |
9,8 |
170 |
10 |
ЦН-15 |
25 |
2,19 |
2420 |
91 |
15400 |
12,4 |
0,3 |
72,7 |
|
5,6 |
9,0 |
160 |
11 |
ЦН-15У |
15 |
4.00 |
2240 |
134 |
15500 |
11,8 |
0,5 |
72,7 |
|
5,2 |
9,8 |
150 |
12 |
ЦН-24 |
20 |
3,20 |
2740 |
89 |
16000 |
11,7 |
0,4, |
73,4 |
|
5,5 |
9,0 |
140 |
13 |
ЦН-11 |
23 |
2.56 |
2410 |
23 |
16500 |
11,8 |
0,1 |
72,7 |
|
4,9 |
10,5 |
130 |
14 |
ЦН-15 |
24 |
2,02 |
2100 |
36 |
17000 |
11,9 |
0,2 |
72,8 |
|
5,0 |
10,1 |
120 |
15 |
ЦН-15У |
19 |
2,93 |
2240 |
50 |
17500 |
12,0 |
0,3 |
72,9 |
|
5,1 |
8,7 |
110 |
16 |
ЦН-24 |
15,5 |
2.83 |
2020 |
58 |
18000 |
12,1 |
0,4 |
73,0 |
|
5,2 |
9,3 |
100 |
17 |
ЦН-11 |
15 |
2,20 |
2230 |
35 |
18500 |
12,2 |
0,5 |
73,1 |
|
5,3 |
8,9 |
95 |
Окончание прил. 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
18 |
ЦН-15 |
22 |
2,60 |
2160 |
35 |
19000 |
12,3 |
0,1 |
73,2 |
5,4 |
9,0 |
90 |
19 |
ЦН-15У |
15,5 |
3,00 |
2450 |
115 |
19500 |
12,4 |
0,2 |
73,3 |
5,5 |
8,6 |
85 |
20 |
ЦН-24 |
25 |
2,19 |
2310 |
85 |
20000 |
12,5 |
0,3 |
73,4 |
5,6 |
8,2 |
80 |
21 |
ЦН-11 |
23 |
3,44 |
2120 |
36 |
20500 |
12,6 |
0,4 |
73,5 |
5,1 |
8,4 |
75 |
22 |
ЦН-15 |
17 |
3,20 |
2040 |
119 |
21000 |
12,1 |
0,5 |
73,6 |
5,2 |
8,6 |
70 |
23 |
ЦН-24 |
13 |
3,70 |
2150 |
83 |
21500 |
12,0 |
0,6 |
73,7 |
5,3 |
8,4 |
65 |
24 |
ЦН-15У |
14 |
2,54 |
3050 |
13 |
22000 |
12,7 |
0,3 |
73,8 |
5,4 |
7,8 |
60 |
25 |
ЦН-11 |
23 |
3,40 |
2040 |
47 |
22500 |
12,8 |
0,2 |
73,9 |
5,5 |
7,6 |
50 |
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 |
|
|
Варианты задач |
||
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета адсорбера |
||
|
Объем очищаемого газа |
Концентрация поглощаемого |
|
Варианты |
вещества на входе в адсорбер |
||
V, м3/с |
|||
|
cо , мг/м3 |
||
1 |
350 |
16,0 |
|
2 |
340 |
15,5 |
|
3 |
330 |
15,0 |
|
4 |
320 |
14,5 |
|
5 |
310 |
14,0 |
|
6 |
300 |
13,5 |
|
7 |
290 |
13,0 |
|
8 |
280 |
12,5 |
|
9 |
270 |
12,0 |
|
10 |
260 |
11,5 |
|
11 |
250 |
11,0 |
|
12 |
240 |
10,5 |
|
13 |
230 |
10,0 |
|
14 |
220 |
9,5 |
|
15 |
210 |
9,0 |
|
16 |
200 |
8,5 |
|
17 |
190 |
8,0 |
|
18 |
180 |
7,5 |
|
19 |
170 |
7,0 |
|
20 |
160 |
6,5 |
|
21 |
150 |
6,0 |
|
22 |
140 |
5,0 |
|
23 |
130 |
4,0 |
|
24 |
120 |
3,0 |
|
25 |
110 |
2,0 |
|
Список использованной литературы
1.Справочник по пыле- и золоулавливанию / под ред. Руса- нова А. А. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.
2.Строительные нормы и правила СНиП 2.04.03.-85 «Ка- нализация. Наружные сети и сооружения». Изменения 20 мая. 1986 г.
3.Родионов, А. И. Оборудование и сооружения для защи- ты биосферы от промышленных выбросов : учебное пособие для вузов / А. И. Родионов [и др.]. – М. : Химия, 1985. – 352 с.
4.Очистка промышленных газов от пыли / В. Н. Ужов
[и др.]. – М. : ИНФРА-М, 1981. – 392 с.
5.Зиганшин, М. Г. Проектирование аппаратов пылегазо- очистки / М. Г. Зиганшин, А. А. Колесник, В. Н. Посохин. – М. :
Экопресс-3М, 1998. – 505 с.
6.Каракеян, В. И. Основы промышленной экологии : ме- тодические указ. к лабораторному практикуму / В. И. Каракеян, Н. М. Ларионов. – М. : МИЭТ, 2002. – 80 с.
7.Трифонова, Т. А. Прикладная экология : учебное посо- бие для вузов / Т. А. Трифонова, Н. В. Селиванова, Н. В. Ми- щенко. – М. : Академический проект : Традиция, 2005. – 384 с.
8.Степановских, А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды : учебник для вузов / А. С. Степановских. –
М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2005. – 751 с.
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Аппараты для очистки газообразных промышленных выбросов от пылей, газов и паров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1 Расчет циклонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2 Расчет адсорбера для очистки воздуха от паров и газов . . . 16
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29