Проблемы очистки газовых выбросов от органических веществ участка покраски

  Адсорбция   наиболее   эффективна   при   небольших   концентрациях извлекаемого вещества, когда требуется достичь практически полного его извлечения,   например,   при  тонкой   очистке  технологических  газов   от сернистых соединений и СО2 в производстве аммиака; при извлечении жгучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами; при чистке ацетилена, получаемого гидролизом углеводородов; при очистке аспирационных газов и т.д.

В  отличие  от  абсорбционных  методов  адсорбционные  позволяют проводить очистку газов при повышенных температурах.

Различают    физическую    адсорбцию    и    химическую,    а    также

копиллярную   конденсацию.   Физическая   адсорбция   происходит  когда молекулы какого-либо вещества захватываются твёрдой поверхностью в

результате сил Ван-дер-Вальса при температуре, превышающей температуру

конденсации

       Химическая адсорбция включает перенос или объединение электронов адсорбата и адсорбента, как у химических соединений. Поскольку при этом происходит химическая реакция и на поверхности образуется новое соединение, то выделение теплоты, как правило, значительно выше, чем при физической адсорбции. Связывание хемосорбционного вещества на поверхности адсорбента обычно бывает настолько велико, что процесс становится необратимым.

Адсорбция газа на поверхности твёрдого тела происходит в несколько

стадий.   Первой   стадией   является   перенос   молекул   газа   к   внешней

поверхности адсорбента. Вторая стадия заключается в том, что молекулы

газа проникают в поры адсорбента. Третьей стадией является собственно

адсорбция молекул в определённой области поры.

     Эффективность   адсорбционных   систем   во   многом   определяется Hi твердой фазы адсорбента. В качестве адсорбентов применяются твердые вещества с большой удельной поверхностью, обычно близкой к единице массы вещества.

       Адсорбент  должен  удовлетворять  следующим  требованиям:   иметь достаточно    высокую    адсорбционную    способность,    обладать    высокой активностью,    иметь    высокую    механическую    прочность,    хорошо порироваться,     иметь     возможно     более     низкую     стоимость.

2 Обоснование выбора метода очистки газа от органических

растворителей.

     Исходя их химических и физических свойств паров органических растворителей, технологических условий, при которых образуются и выбрасываются пары органических растворителей, их концентрацией в теплоносителе, его объёма и температуры и др., а также сравнивая все преимущества и недостатки рассмотренных методов очистки газов, выбираем адсорбционный метод.

    В качестве адсорбентов в области газоочистки и рекуперации органических веществ обычно используются активные угли (АУ), силикагель, цеолиты

(природные и синтетические), активный оксид алюминия, иониты и др.

Из названных адсорбентов необходимым требованиям, предъявляемым твердому поглотителю, больше всего отвечают АУ: гидрофобность, высокая емкость, небольшая удерживающая способность, прочность, стабильность поглотительной способности, минимум каталитического действия на органический компонент.

      Для адсорбции газов и паров органических растворителей используют микропористые гранулированные АУ. С этой целью промышленность России выпускает в настоящее время следующие марки газовых и рекуперационных КУ: АГ-2, СКТ, АР, СКТ-3, APT. Уголь АР-В получают из каменноугольной пыли и смолы методом паро-газовой активации. Он предназначен для очистки газов от паров летучих растворителей.

Технологическая схема адсорбционной очистки отходящих газов от паров органических растворителей.

Рис. 1 Технологическая схема адсорбционной очистки отходящих газов паров органических растворителей: 1-вентилятор; 2-адсорберы; 3-калорифер; 4-конденсатор; 5-разделитель фаз; 6-расслаиватель; 7-источник выброса.

4.Расчет адсорбера с неподвижным слоем АУ.

4.1. Исходные данные для расчета:

1.      Количество   паровоздушной   смеси,   поступающей   на   очистку,
V=0.36 м3/с .

2.      Концентрация поглощаемого вещества в паровоздушной смеси,
■оступающей на очистку, Со=О,38 г/м3.

3.   Температура паровоздушной смеси tB=20°C .

4.   Марка угля и его характеристики:
Уголь марки АР-В,

а)              влажность;8%;

б)              средний размер зерен d=4 мм;

в)              насыпная масса угля 7с.у.=550 кг/м3;
4.2 Расчет:

1.              Задаемся фиктивной скоростью паровоздушной смеси, т.е.
эоростью, отнесенной к полной площади сечения слоя, нормальной к

вправлению потока, Уф=0,8 м/с.

2.              Определяем диаметр адсорбера:

Да= 0,019 $4V~6    ,

3

где V- объем паровоздушной смеси, м3/ч;

Уф- фиктивная скорость паровоздушной смеси, м/с. V=0.36*3600=1296 м3/ч,

Да=0,019*41296/0,8 =0,76«0,8 м. Уточняем фиктивную скорость по формуле:

гдеР=0.785*Д2,м2. F=0.785*0,82=0.5024 м,

Уф=1296/3600*0,5024=0,72 м/с.

1 После этого по конструктивным соображениям выбираем диаметр (до 3

м) и высоту (до 7 м) кольцевого адсорбера.

3.   Из конструктивных соображений выбираем высоту слоя активного
угля h=0.5 м.

4.   Определяем значение критерия Рейнольдса:

где Дэ- эквивалентный диаметр, м;

v - коэффициент кинематической вязкости паровоздушной смеси,

ire

Для вертикальных цилиндрических аппаратов

Дэ=Да=0,8 М.

Кинематический коэффициент вязкости паровоздушной смеси рассчитываем по формуле: v=n*g/yB*9810,

где ц - коэффициент динамической вязкости для воздуха, спуаз. ц=0,0181 спуаз;

ув - удельная масса воздуха, кгш , ув=1,2 кг/м3. v=0,0181*9,81/l,2*9810=0,000015 м2/с, Re=0.72*0,8/0.000015=38400 .

5.              Находим величину геометрического подобия:
Г>Дэ/п,

где h-высота слоя активного угля, м. Г,=0,8/0,5=1,6.

6.              Пересчитаем начальную концентрацию изопропилового спирта в %
■о объему:

Со=(22,4*100*Т*Со)/(273*1000*М);

где T=273+tB;

М - молекулярная масса адсорбируемого вещества.

Со=(22,4*100*293*0,38)/(273*1000*92)=0,01.

7.              Определяем значение критического комплекса по формуле:
Re*CoU8*ri=38400*0,011'28*l,6=168,96>0.351

Если Re*Co1'28*ri>0.351, то симплекс А определяется по формуле для области высоких концентраций: A=0,0016*Re05*Co, А=0,0016*38400°'5*0,01=0,00314.

8.              Определяем количество сухого угля в адсорбере по формуле:
Gc.y=S*h* ycy;

ус.у- насыпная масса угля, усу=550 кг/м3,

h= 0,5 м.,

S=F=0,5 м2 - площадь поперечного сечения адсорбера,

Gc.y=0,5*0,5*550=137,5 кг.

9.              Рассчитываем продолжительность процесса адсорбции по формуле:

г={ Gcy* ад)/( Уф* S* Со*3600); а^- динамическая активность АУ,кг/кг. *=3.2 ч=192 мин.

10.              Расчет гидравлического сопротивления слоя активного угля:
Ap=2,68*h* Уф1'43;

Ар- сопротивление слоя АУ, кг/м2, h - высота слоя, м;

Уф - фиктивная скорость воздуха в слое, м/мин. Др=2,68*0,5*43,21'43=292,3 кг/м3;

С учетом местных сопротивлений принимаем потерю напора, равным ЗЮ кг/м'г

Для транспортирования ПВС необходим вентилятор с характеристи -■им: производительность V=10000 м /ч, полный напор Н=300 кг/м . Мощность на валу вентилятора определяем по формуле: N=(V*H)/(3600*102*77); где   V - проиводительность вентилятора, м3/ч,

Н - полный напор, кг/м2;

ц - КПД вентилятора, ^=0,55; №=(10000*300)/(36000*102*0,55)=14,85кВт.

16

4. Конструкция адсорберов.

      Вертикальные адсорберы имеют диаметр до 3 м и высоту корпуса до 4 м. Днища и крышки конические, что облегчает их изготовление. Высота угольной шихты принимается от 0,5 до 2,0 м.

    Вертикальные адсорберы изготавливают сварными из листовой стали толщиной 8-10 мм. Марка стали выбирается в зависимости от коррозионных свойств улавливаемых компонентов.

   Угольная шихта покоится в адсорберах на разборных чугунных решетках, которые укладываются на балки, установленные на опоры, приваренные к стенке корпуса адсорбера.

Чтобы уголь не ссыпался под решетку, на нее помещают слой гравия или настилают два слоя проволочной сетки из нержавеющей стали. Высота слоя гравия составляет 100мм.

Вертикальные адсорберы с плоским слоем угля обычно применяют на рекуперационных установках малой и средней мощности (до 30000 м3/ч).

Рис.3 Вертикальный адсорбер:

1-слой гравия; 2-разгрузочный люк; 3-сетка; 4- разгрузочный люк; 5-патрубок для подачи ПВС, сушильного и охлаждающего воздуха: 6-патрубок для  вывода десорбирующего  пара;  7-патрубок для  предохранительного клапана;   8-крышка;   9-корпус;   10-уголь;   11-колосниковая   решето.

патрубок для выхода очищенного газа; 13-смотровой люк; 14-патрубок для отвода конденсата; 15-днище; 16-патрубок для подачи пара.

Заключение

       В курсовой работе был предложен метод очистки газовых выбросов от толуола. Установка адсорбционного очистного оборудования явилось наиболее эффективным способом улавливания органических растворителей.

Благодаря огромной удельной поверхности адсорбентов при адсорбции возможны очень большие скорости поглощения и полное поглощение компонентов, выделение которых путем абсорбции было бы невозможно из-за малой концентрации их в смеси. Поэтому адсорбция является эффективным способом разделения «бедных» смесей, содержащих незначительное количество поглощаемых веществ, а также смесей, состоящих из компонентов, очень близких друг к другу по химическим и физическим свойствам[1].

Литература:

1.                              Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты
химической технологии.-М.: Химия, 1966. - 848 с.

2.                              Николаевский  К.М.   Проектирование  рекуперации  летучих
растворителей с адсорберами периодического действия. - М.:
Государственное научно-техническое издательство,   1961.  -
238 с.

3.                              Володин Н.И., Соколов Э.М. Очистка газовых выбросов.- Тул.
гос. ун-т, Тула, 1999.-259 с.