Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленная экология. Практикум
.pdf
откуда
95,30052,0760 =⋅=
B
p
0
*
=
B
p
95,3095
,3 =−=∆
B
p
*
HH
ppp −=∆
38=
H
p
575,0100
174000
1000
=⋅
13,787,3038 =−=∆
H
p
54,5
2
95,313,7=+
=∆
cp
p
0073,0
760
54,5
=
мм рт. ст.,
, т.к. на оро-
шение подается чистая вода. Следовательно,
мм рт. ст.
6. Движущая сила процесса абсорбции внизу скруббера рас-
считывается по формуле (6.6):
. (6.6)
Как было найдено выше
7. В воде, вытекающей внизу из скруббера, содержится SO
мм рт. ст.
:
2
кг SO2/кг воды. (6.7)
8. Из данных о растворимости SO
содержанию SO
в растворе (при равновесии) соответствует парци-
2
в воде следует, что этому
2
альное давление 30,87 мм рт. ст. Следовательно,
мм рт. ст.
9. Принимая приближенно равновесную линию за прямую,
находим среднюю движущую силу для всего процесса по формуле
(6.8):
мм рт. ст. или
ат. (6.8)
Вопросы и задания
1. Назначение, особенности, преимущества и недостатки абсорбционных методов очистки.
2. Основные типы абсорберов.
3. Абсорбционная очистка газов от SO
. Физическая абсорбция
2
водой.
4. Нерекуперационные методы очистки газов от SO
абсорб-
2
цией.
5. Абсорбционная очистка газов от SO
. Рекуперационные ме-
2
тоды очистки.
6. Абсорбционная очистка газов от SO
. Магнезитовый и цин-
2
ковый методы.
7. Абсорбционная очистка газов от SO
. Методы, основанные
2
на использовании солей Na.
81
8. Абсорбционная очистка газов от Н2S. Вакуум-карбонатные
№
варианта
Содержание
SO2, об.%
методы.
9. Абсорбционная очистка газов от Н
S. Мышьяково-
2
щелочные методы.
10. Абсорбционная очистка газов от Н
S. Щелочно-
2
гидрохиноновый метод.
11. Абсорбционная очистка газов от Н
S этаноламинами.
2
12. Абсорбционная очистка газов от сероуглерода и меркаптанов.
13. Абсорбционная очистка газов от СО. Абсорбция медьалюминий-хлоридными растворами.
14. Абсорбционная очистка газов от СО. Очистка промывкой
жидким азотом.
15. Абсорбционная очистка газов от СО. Медно-аммиачная
очистка.
16. Определить среднюю движущую силу в скруббере (в ат.),
предназначенном для очистки от сернистого газа чистой водой.
Расход газа составляет 1 т в час. Газ содержит SO
, об.%, (таблица
2
6.2), остальное азот. Количество орошающей воды взять на 20 %
больше минимально необходимого количества. Полноту улавливания SO
принять за 90 %. Общее давление, под которым ведется
2
поглощение, 760 мм рт. ст. Температура воды 20 °С. Растворимость SO
в воде взять из табл. 6.1.
2
Таблица 6.2
Индивидуальные варианты содержания SO
1 2 3 4 5 6 7 8 9
в очищаемом газе
2
10 11 12 13 14 15
Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. 917 с.
пособие / В. В. Юшин и др. – М.: Высшая школа, 2005. 391 с.
8 3 6 2 10 4 7 9
11 13 1 12 15 18 20
Рекомендуемая литература
1. Тимонин А. С. Инженерно-экологический справочник. Т. 1. –
2. Техника и технология защиты воздушной среды: учебное
82
7. РАСЧЕТ АДСОРБЕРА
Цель: ознакомление с конструктивными особенностями,
принципом работы и методикой расчета процессов и аппаратов,
предназначенных для очистки газов адсорбцией.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате
освоения темы, формируемые компетенции или их части
Практическое занятие направлено на формирование
профессиональных компетенций (ПК-8, ПК-11). Сформировать
способность участвовать в совершенствовании технологических
процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации
воздействия на окружающую среду (ПК-8). Привить готовность
обосновывать конкретные технические решения при разработке
технологических процессов; научить выбирать технические средства
и технологии, направленные на минимизацию антропогенного
воздействия на окружающую среду (ПК-11).
Актуальность темы
Адсорбционные методы используют для очистки газов с не-
высоким содержанием газообразных и парообразных примесей.
В отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить
очистку газов при повышенных температурах. Целевой компонент,
находящийся в подвергаемом очистке газе, называют адсорбтивом,
этот же компонент в адсорбированном состоянии – адсорбатом.
Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).
При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров
удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции – химическими силами. В качестве адсорбентов используют синтетические или природные пористые материалы с развитой внутренней
поверхностью.
Теоретическая часть
К основным типам промышленных адсорбентов относятся ак-
тивные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия),
цеолиты.
Адсорбенты должны удовлетворять следующим требованиям:
иметь большую адсорбционную способность (поглощать большие
количества адсорбтива при малой его концентрации в газовой фа-
83
зе); обладать высокой селективностью; быть химически инертными по отношению к компонентам разделяемой смеси; иметь высокую механическую прочность; обладать способностью к регенерации; иметь низкую стоимость.
Необходимость периодической регенерации насыщенных извлеченными компонентами поглотителей предопределяет цикличность адсорбционных процессов. Среди операций, основной целью
которых является восстановление сорбционной способности адсорбентов, ключевой является десорбция. На ее проведение требуется от 40 до 70 % общих затрат по адсорбционной газоочистке.
Этот процесс ведут, используя в основном повышение температуры, вытеснение адсорбата лучше сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию
этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции в ряде случаев предопределяет целесообразность выбора адсорбции среди других приемов газоочистки.
В настоящее время применяют адсорберы различных конструкций: с неподвижным слоем адсорбента; с подвижным слоем
адсорбента; с псевдоожиженным слоем адсорбента. На рис. 7.1
представлены схемы адсорберов.
84
а) б) в)
Рис. 7.1. Схемы адсорберов: а – адсорбер полочный с неподвижным
адсорбентом: 1 – корпус аппарата; 2 – слой адсорбента; б – адсорбер
с кольцевым слоем адсорбента: 1 – корпус; 2 – слой адсорбента;
в – адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента: 1 – основной
псевдоожиженный слой; 2 – дополнительный слой; 3 – решетки
Методика расчета
При проектировании адсорбера необходимы следующие исходные данные: объемный расход очищаемого газа (воздуха) Q,
3
м
/с; концентрация примеси С0, кг/м3; свойства очищаемого газа
(температура, плотность, вязкость); давления отходящих газов.
85
1. Выбирают рабочую температуру (минимально возможную)
( )
BAmBmA
MMVVP
T
D
1100435,0
5,1
−⋅
+
⋅
=
46,1
3
54,0
54,0
0
6,1
dv
D
K
⋅
⋅
⋅=
υ
⋅
⋅−
⋅
⋅
=
000
CK
C
b
C
HC
υ
τ
и тип адсорбента. Его выбор проводится по изотерме адсорбции
при данных t и С
2. Рассчитывают коэффициент диффузии примеси в воздухе
2
D, м
/с по формуле (7.1):
.
0
, (7.1)
где Т – температура потока, К; Р – давление (атмосферное), Па;
, VmВ, МА, МВ – мольные объемы (см3/моль) и массы (кг/моль)
V
mA
соответственно примеси (А) и воздуха (В).
Мольные объемы определяют как сумму атомных объемов
элементов. Мольные массы определяют как сумму атомных масс
элементов. Для воздуха: V
=29,9 см3/моль; МВ=29 кг/кмоль.
mВ
3. Рассчитывают коэффициент массопередачи К, 1/с, по фор-
муле (7.2):
, (7.2)
2
где D – коэффициент диффузии, м
очищаемого газа, м
ность ρ = 1,2 кг/м
2/с
(для воздуха при 20° ν = 16·10-6 м2/с, плот-
3
); dз – размер зерна адсорбента, м.
/с; ν – кинематическая вязкость
4. Определяют время процесса адсорбции τ, с, по формуле
(7.3):
, (7.3)
где С = α · ρ
бенте, равновесная с концентрацией потока, кг/м
адсорбента, принимаем Н = 1 м; υ
ступающего в адсорбер, принимаем υ
– концентрация адсорбируемого вещества в адсор-
н
– скорость газового потока, по-
0
= 0,5 м/с.
0
3
; Н – высота слоя
Коэффициент b определяется в зависимости от концентрации
примеси на входе адсорбера С
ходе адсорбера С
(табл. 7.1), принимаем С1 = 0,5 г/м3.
1
и требуемой концентрации на вы-
0
86
Таблица 7.1
С1/С0
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,010
0,012
0,014
0,030
b
1,84
1,80
1,76
1,73
1,70
1,67
1,62
1,58
1,35
α
τ
⋅⋅
=
0
CQ
m
( )
( )
3,1
32333
33
5,15,0
d1,5
lddl
l
К
ф
⋅⋅⋅+
⋅⋅
=
к
н
П
r
rr
−
=
к
( ) ( )
( )
П-11,5
d
5,01
d
d
3
3,1
33
33
⋅
⋅
=
+⋅⋅−
⋅⋅
=
П
ldП
lП
э
µ
rυ
г0
Re⋅⋅=
э
d
Значения коэффициента b
5. Определяют минимальную необходимую массу адсорбента
m, кг, по формуле (7.4):
, (7.4)
где α – статическая поглотительная способность адсорбента в рабочих условиях, кг/кг; К
= 1,2 – коэффициент запаса.
З
6. Коэффициент формы зерен, учитывающий неравную до-
ступность всей поверхности зерна обдувающему потоку, рассчитывают по формуле (7.5):
, (7.5)
где d
– диаметр зерен, мм.
з
7. Пористость слоя адсорбента определяют по формуле (7.6):
, (7.6)
где ρ
и ρн – кажущаяся и насыпная плотность адсорбента, кг/м3.
к
8. Эквивалентный диаметр зерен d
, м, находят по формуле
Э
(7.7):
где d
считывают по формуле (7.8):
где υ
по формулам (7.10)–(7.11):
, (7.7)
– диаметр, м; П – пористость слоя адсорбента.
з
9. Критерий Рейнольдса, учитывающий характер потока, рас-
, (7.8)
= 0,5 м/с; ρг = 1,2 кг/м3; μ = 19,2·10-6 Па∙с.
0
10. Коэффициент гидравлического сопротивления определяют
при Re < 50 R = 220 / Re, (7/10)
0,25
, (7/11)
при 50 ≤ Re < 7200 R = 11,6 / Re
87
11. Скорость потока газа υ (м/с) через адсорбер в зависимости
( )
mП
ПdPK
⋅−⋅⋅⋅
⋅⋅⋅∆⋅⋅
=
⋅
1R3
4
г
Qнэф
r
r
υ
П
Q
D
A
⋅⋅
⋅
=
υπ
4
2
Aн
D4⋅⋅
⋅
=
rπ
m
L
20
0
=C
14=
ω
5,0=∆
2,68,07 =−
1613
2,6
100100
2,6
%100
=
⋅
=
⋅
=
бензина
угля
G
G
ч.6мин357
0,1402,0
100100
0
≈=
⋅
==
ω
τ
С
от падения давления, параметров адсорбента и газа находят по
формуле (7.12):
, (7.12)
где ΔР – падение давления, Па.
12. Диаметр адсорбера D
, м, рассчитывают по формуле
А
(7.13):
. (7.13)
13. Длина (высота) слоя адсорбента L, м, вычисляется из соот-
ношения (7.14):
. (7.14)
Задача. Определить количество активированного угля, необ-
ходимое для поглощения 100 кг паров бензина из смеси с возду-
хом. Начальная концентрация бензина
г/м3; скорость
м/мин. Активность угля по бензину 7 %; остаточная актив-
ность после десорбции 0,8 мас. %; насыпной вес угля
г/см3.
Рассчитать продолжительность периода поглощения и диаметр
адсорбера, полагая, что высота слоя угля в нем не должна превышать 0,8 м.
Решение:
1. Фактическая активность угля рассчитывается из соотноше-
ния (7.15):
% мас. (7.15)
2. Для поглощения 100 кг паров бензина в адсорбер нужно за-
грузить активированного угля из соотношения (7.16):
кг. (7.16)
3. Длительность адсорбции определяется по формуле (7.17):
(7.17)
При высоте слоя в адсорбенте L = 0,8 м диаметр адсорбера со-
ставит по формуле (7.18):
88
3,214,5
14,38,0500
41613
4
==
⋅⋅
⋅
=
⋅⋅∆
⋅
=
π
L
G
D
угля
a
м.
33
кг/м500г/см5,0 ==∆
№
варианта
Q,
м3/ч
VmA,
см3/моль
С0,
г/м3
dЭ,
мм
ρн,
кг/м
ρк,
кг/м
α,
кг/кг
ΔP,
кПа
1, 10
600
СО
30,7
100 4 500
750
0,30
1,4
2, 11
650
SO2
44,8
90 3 450
700
0,29
1,5
3, 12
700
NO
23,6
80 5 400
650
0,28
1,6
8, 13
300
NH3
25,8
70 2 350
550
0,27
1,7
5, 14
350
H2S
32,9
60 6 550
800
0,26
1,8
6, 15
500
Cl2 48,4
50 4 600
850
0,25
1,9
7, 16
550
C6H6
96,0
40 7 500
750
0,29
2,0
8, 17
400
Cl2
24,6
65 5 450
700
0,27
2,1
9, 18
450
I2
71,5
85 6 400
650
0,26
2,2
. (7.18)
Вопросы и задания
1. Особенности адсорбционных методов очистки отходящих
газов.
2. Характеристика основных типов промышленных адсорбен-
тов (на примере активных углей, силикагелей, алюмогелей и цеолитов).
3. Технологии десорбции насыщенных поглотителей.
4. Конструктивные особенности адсорберов.
5. Адсорбционная очистка газов от галогенов и их соединений.
6. Адсорбционная очистка газов от NO
7. Процессы адсорбционной очистки от Н
и SO2.
х
S.
2
8. Адсорбция паров летучих растворителей.
9. Рассчитать параметры процесса адсорбции и конструктив-
ные особенности адсорбера, используя приведенную методику и
данные табл. 7.2.
Таблица 7.2
Индивидуальные варианты для расчета
Вещество
Рекомендуемая литература
1. Калыгин В. Г. Промышленная экология: учебное пособие
для студентов вузов. – М.: Академия, 2004. 432 с.
2. Тимонин А. С. Инженерно-экологический справочник. Т. 1. –
Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. 917 с.
89
8. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ФАКЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Цель: ознакомление с конструктивными особенностями,
принципом работы и методикой расчета факельных установок,
предназначенных для высокотемпературной очистки газов.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате
освоения темы, формируемые компетенции или их части
Практическое занятие направлено на формирование
профессиональных компетенций (ПК-6, ПК-8, ПК-11). Научить
владеть основными методами защиты производственного персонала и
населения от возможных последствий аварий (ПК-6). Сформировать
способность участвовать в совершенствовании технологических
процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации
воздействия на окружающую среду (ПК-8). Привить готовность
обосновывать конкретные технические решения при разработке
технологических процессов; научить выбирать технические средства
и технологии, направленные на минимизацию антропогенного
воздействия на окружающую среду (ПК-11).
Актуальность темы
Факельные установки предназначены для сжигания образующихся при пуске оборудования и в процессе производства некондиционных газов, дальнейшая переработка которых экономически
нецелесообразна или невозможна. Сжигание сбросных газов на
факельных установках позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды токсичными и горючими веществами.
Теоретическая часть
К факельным установкам предъявляются следующие требования: полнота сжигания, исключающая образование альдегидов,
кислот и других вредных промежуточных продуктов; сжигание,
исключающее образование дыма и сажи; устойчивость факела при
изменении расхода и состава сбрасываемых газов; безопасное воспламенение, бесшумность, отсутствие яркого свечения.
Факельные установки могут быть в составе отдельного производства, цеха или технологической установки или в составе всего
предприятия. По этому признаку их делят на цеховые и объединенные факельные установки предприятия. Факельные установки
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]