6.6. Примеры расчета адсорберов

Задание 6.2. Определить требуемое количество активированного угля, высоту слоя адсорбента и диаметр адсорбера периодического действия для поглощения паров бензина из смеси его с воздухом. Расход паро-воздушной смеси 3450 м³/час. Начальная концентрация бензина С₀=0,02 кг/м³. Скорость паро-воздушной смеси w = 0,23 м/сек, считая на полное сечение аппарата; динамическая активность угля по бензину 7 % (по массе), остаточная активность после десорбции 0,8 % (по массе); насыпная плотность угля _нас = 500 кг/м³. Продолжительность десорбции, сушки и охлаждения адсорбента составляет 1,45 ч.

Решение

1. Для поглощения бензина за 1,45 ч необходимое количество адсорбента составляет:

кг.

2. При заданной скорости паро-воздушной смеси равной 0,23 м/с и расходе 3450 м³/час необходимый диаметр адсорбера составит:

м.

3. Высота слоя адсорбента:

м.

Задание 6.3. Определить количество тепла, которое выделяется за один период ( = 133 мин) при адсорбции паров этилового спирта активированным углем. Диаметр адсорбера 2 м, высота слоя Н = 1,0 м. Скорость паро-воздушной смеси с начальной концентрацией С₀ = 0,029 кг/м³ составляет w = 25 м/мин; концентрация смеси на выходе из адсорбера С₁ = 0,0002 кг/м³; насыпная плотность слоя _нас = 500 кг/м³.

Решение

1. Поперечное сечение аппарата составляет:

м².

2. Количество парогазовой смеси, проходящей через адсорбер за один период:

м³.

3. Количество адсорбирующихся паров этилового спирта:

кг,

или кмоль, где 46 –молекулярный вес этилового спирта.

4. Количество активированного угля загружаемого в адсорбер:

кг,

что составляет: кг угля/кмоль.

5. Количество адсорбированного пара а на 1 кг угля составляет:

л/кг,

6. Числовые значения коэффициентов m и n принимаем по таблице 6.5:

m = 3,65103; n = 0,928.

7. Теплоту адсорбции можно рассчитать по формуле:

На 1 кг угля выделяется теплоты:

кДж/кг.

Всего за один период выделится теплоты:

кДж.

7. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта и выбор дымососов и вентиляторов

7.1. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта

Важнейшими элементами систем очистки газов наряду с газоочистными аппаратами являются такие элементы газоотводящего тракта как дымососы и вентиляторы, а также дымовые трубы. Правильный выбор и расчет этих устройств обеспечивает эффективный отвод загрязненных газов от источников выделения на очистку, а также их рассеивание в атмосферном воздухе.

Аэродинамический расчет газоотводящего тракта проводят с целью выбора дымососа или вентилятора. Полное расчетное сопротивление газоотводящего тракта р_р определяют как сумму сопротивлений размещенного в нем оборудования, в том числе и газоочистного, р_обор, сопротивлений соединительных газоходов (включая и дымовую трубу) р_сопр, разрежение на выходе из технологического агрегата Р_р, а так же потери геометрического напора при движении нагретых газов по трубам и каналам в вертикальном направлении р_геом:

р_р = р_обор + р_сопр+ Р_р р_геом, Па (7.1)

В газоотводящих трактах, кроме газоочистного оборудования, устанавливают котлы-утилизаторы, воздухоподогреватели, шиберы, заслонки, измерительную аппаратуру и проч. Сопротивление оборудования р_обор получают из проводимых расчетов или из паспортов на оборудование.

Разрежение газов на входе в газоходы Р_р, как правило, задается, исходя из технологической необходимости, либо рассчитывается при проектировании устройств газозабора (зонтов, колпаков, укрытий и т.д.).

Сопротивление соединительных газоходов р_сопр складывается из суммы всех потерь на местные сопротивления р_мс и суммы всех потерь на трение р_тр:

р_сопр= р_мс + р_тр, Па (7.2)

Потери на местные сопротивления р_мс рассчитываются по формуле:

, Па (7.3)

где w_г - скорость газов в местном сопротивлении, м/с; _г - плотность газа при рабочих условиях, кг/м³; _мс – коэффициент местного сопротивления, отнесенный к скорости газов w_г.

Значения коэффициентов местных сопротивлений можно найти в специальной справочной литературе. Для некоторых видов местных сопротивлений коэффициенты _м, отнесенные к скорости газов на выходе из местных сопротивлений, приведены ниже:

1.) Резкий поворот газохода на 90: ₉₀ = 1,5;

2.) Плавный поворот газохода эквивалентного диаметра d_экв на 90 с радиусом

закругления R:

R/dэкв	1	2	3	4	5
R	0,29	0,15	0,12	0,10	0,08

3.) Поворот газохода на произвольный угол : _ = ₉₀/90;

4.) Внезапное расширение сечения газохода с площади F₁ до площади сечения F₂:

_расш  (F₂/ F₁-1)²;

5.) Плавное расширение сечения газохода с площади F₁ до площади сечения F₂ с углом  (диффузор):

при  8 : _д  0,15-0,20(F₂/ F₁-1)²;

при 8 30: _д  sin (F₂/ F₁-1)²;

6.) Внезапное сужение сечения газохода с площади F₁ до площади сечения F₂:

F2/ F1	0,01	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
суж	0,5	0,45	0,40	0,30	0,2	0,1	0,0

7.) Плавное сужение сечения газохода с площади F₁ до площади сечения F₂ с углом  (конфузор):

при  = 90: _к  0,37; при  = 60: _к  0,32;

при  = 30: _к  0,24; при  10: _к  0,16.

Потери на трение в трубах газоходов р_тр рассчитываются по формуле:

, Па (7.4)

где  - коэффициент трения (= 0,03 – для движения газов по металлическим газоходам и трубам, = 0,05 – для движения газов в кирпичных боровах и трубах); d_экв - эквивалентный диаметр газохода, м; l - длина участка газохода, м.

Потери на местные сопротивления целесообразно учитывать только для длинных участков газоходов (более 10 м). При их расчетах участки газоходов следует разбивать таким образом, чтобы в них не менялась скорость газов. Следует помнить о том, что с изменением температуры газов меняется плотность газов, а, следовательно, и скорость.

Потери геометрического напора при движении нагретых газов по трубам и каналам в вертикальном направлении (самотягу) р_геом рассчитывают по формуле:

р_геом = gH(_в - _г), Па (7.5)

где H - расстояние по вертикали между центрами рассматриваемых сечений, м; g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести; _в и _г - плотности соответственно окружающего воздуха и газа, кг/м³.

При проведении расчетов р_геом следует обратить внимание на то, что при движении нагретых газов в вниз величина самотяги прибавляется к потерям (знак «+» в формуле (7.1) ) и вычитаются при движении нагретых газов вверх (знак «-» в формуле (7.1)).