Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощаемого вещества; количество очищае­мого газа G, кг/с; концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер Со, кг/м³. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества в поглотителе,

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке:

1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для увеличения его емкости рабочая температура выбирается минималь­но возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активированном угле при 20 °С представлена на рис. 2.1. По изотерме адсорбции и заданной величине c₀ г/м³, находят статическую емкость сорбен­та а_о, г/кг.

2. Определяют весовое коли­чество очищаемого газа, G- , кг/с, из выражения

G=L_М*r_Г/3600, (2.15)

где Lм - производитель­ность местного отсоса от паровоздушной смеси, м³/ч;

r_Г - плотность паровоздушной смеси, кг/м³.

3. Переводят весовую стати­ческую емкость сорбента а_о, в объемную а’_о, кг/м³, по формуле:

а’_о = а₀ •r_Н/1000. (2.16)

где r_Н - насыпная плотность выбираемого сорбента, кг/м³.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

m_c=K*G*t/a’₀ (2.17)

где К = 1,1... 1,2 - коэффициент запаса;

t - продолжитель­ность процесса сорбции, с;

G - весовое количество очищае­мого газа, кг/с;

Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м³;

а’_о - статическая емкость адсорбера, кг/м³.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W, м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...О,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа , м, подсчитывают по формулам:

7. Находят пористость сорбента по формуле

где r_К и r_Н - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/м³

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м, по формуле

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения l находят в зависимости от характе­ра движения по выражению

при Re<50 l = 220 /Rе ; (2.22)

при Re>=50 l = 11,6 /Re^0,25, (2.23)

где Re = W*d_Э/(n*П) - критерий Рейнольдса; n - кинемати­ческая вязкость газа, м/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через наго по­тока очищаемого газа Dр, Па, по формуле

где Ф= 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных условиях Т и Р по формуле

где До = 0,101 10^-4 при То = 273°К и атмосферном давлении Po = 9,8*10⁴ Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

Pr = n/Д. (2.26)

13. Для заданного режима течения газа (определяется значением Re) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности. м/с:

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 2.1) находят величину - количество вещества, максимально сортируемое поглотите­лем при данной температуре, и величину концентрации поглоща­емого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую вели­чине

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f м² /м³ по формуле:

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на вы­ходе из аппарата, г/м³, по формуле

с_К=с₀(1-h) (2.30)

где h - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбера, с, по формуле:

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину Dt, то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину DLa, м, определяемую по формуле

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м².

Конструктивно аппараты адсорбции выполняются в вида вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищае­мого воздуха.

Задания на расчеты

Задание № 2.2.1. Подобрать циклон, обеспечивающий степень эффективности очистки газа от пыли не менее h=0,87, по данным табл. 2.7. При этом приняты следующие обозначения и некоторые значения: Q, м³/с - количество очищаемого газа;r = 0,89 кг/м³ - плотность газа при рабочих условиях;

m = 22,2-10^-6 Н*с/м² - вязкость газа; r_П, кг/м³ - плот­ность частиц пыли, диаметр d_П, мкм и дисперсность lgs_n, С_ВХ, г/м³ - входная концентрация пыли. Дать чертеж подобран­ного циклона.

Задание № 2.2.2. Рассчитать эффективность применения скруббера Вентури для очистки от пыли производственных выбро­сов по данным табл. 2.8. При этом приняты следующие обозна­чения и некоторые значения: плотность газа в горловине r_Г = 0,9 кг/м³; скорость газа а горловине Wr , м/с; массовый рас­ход газа М_Г, кг/с; массовый расход орошающей жидкости M_Ж, кг/с; удельный расход жидкости m, л/м³, давление Рж=300 кПа, плотность жидкости r_Ж = 1000 кг/м³; коэффициент гидравли­ческого сопротивления сухой трубы x=0,15; требуемая эф­фективность очистки от пыла не менее 0,9. Дать чертеж приня­того скруббера Вентури.

Задание № 2.2.3. Определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров этилового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезжиривания при условии непрерывной работы в течение 8 ч. Расчет выпол­нить по данным табл. 2.9. При этом приняты следующие обозна­чения и исходные значения; производительность местного отсоса Lм , м³/ч; начальная концентрация спирта Со, г/м³; темпе­ратура в адсорбере t_p = 20°С и давление Р = 9,8*10⁴ H/ м²;плотность паровоздушной смеси r_Г = 1,2 кг/м³ и ее вязкость n = 0,15-10^-4 м²/с; диаметр гранул поглотителя (активиро­ванный уголь) d=3 мм; длина гранулы l=5 мм; насыпная плотность r_П = 500 кг/м³; кажущаяся плотность r_К = 800 кг/м³; эффективность процесса очистки h = 0,99. Представить чертеж рассчитанного адсорбера.