611_CHernovskij_L.A._Promyshlennaja_ehkologija_Praktikum_

Практическая работа № 8

РАСЧЕТ АБСОРБЕРА

Наибольшее распространение для очистки отходящих газов от токсичных примесей получили абсорбционные методы.

В этих методах разделение газовоздушной смеси на составные части осуществляется путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных веществ на границе раздела фаз газ - жидкость образуется жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем, сквозь жидкостную пленку, и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворяемого компонента в газовоздушной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Чем менее насыщен раствор, тем больше он поглощает газа.

Рис. 5

Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0 оС и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы хорошо растворимы.

51

В зависимости от конкретных задач применяются абсорберы различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой химически инертную насадку, размещенную в полости вертикальной колонны (рисунок). В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изготовления насадки (керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозийной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей.

Расчет диаметра и высоты насадочного абсорбера проводится в следующей последовательности.

Определяем количество поглощаемого ацетона М, кмоль/ч:

где Q – расход воздуха, м3/ч;

ун – начальная концентрация ацетона в воздухе, доли ед.; сп – степень поглощения, доли ед.

Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх абсорбера,

Хв = 0.

Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей внизу из абсорбера Хн, кмоль ацетона/кмоль воды:

где Мв – мольная масса воды, Мв = 18; L – расход воды, кг/ч (табл.1).

Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в абсорбер Yн, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из абсорбера Yв, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Находим движущую силу абсорбции в низу абсорбера ΔYн, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Движущая сила абсорбции на верху абсорбера ΔYв, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

52

Средняя движущая сила ΔYср, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Yв

Требуемую поверхность массопередачи F, м2, находим по уравнению:

где Ку – коэффициент массопередачи (табл. 1).

Объем V, м3, слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности, при коэффициенте смоченности насадки ψ = 1 равен:

где σ – удельная поверхность насадки, σ = 204 м2/м3 [1].

Определим фиктивную скорость газа ωз в точке захлебывания (инверсии) из уравнения (11):

где g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; Vсв – свободный объем насадки, Vсв = 0,74 м3/м3;

ρг и ρж – плотности газа и жидкости, кг/м3 ; ρж = 1000 кг/м3; μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, μж = 1 мПа∙с; L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

А = 0,022 для насадки из колец или спиралей. Плотность газа ρг равна:

где ρо – плотность воздуха при нормальных условиях, ρо = 1,293 кг/м3; Т – средняя температура в абсорбере, Т = 293 К (табл. 1);

То = 273 К.

Массовый расход газа G равен:

где Q – расход воздуха, м3/ч .

Рабочая (фиктивная) скорость газа ω для абсорберов, работающих в пленочном режиме:

Примем ω = 0,75 ωз .

Площадь поперечного сечения абсорбера S, м2:

53

ЗАДАНИЕ

В соответствии с заданным вариантом найти диаметр и высоту насадочного абсорбера, заполненного керамическими кольцами размером 25×25×3 мм, для очистки воздуха от паров ацетона водой

Таблица 1 Исходные данные

Для всех вариантов:

1) средняя температура в абсорбере Т = 293 К; 2) коэффициент массопередачи Ку = 0,4 кмоль ацетона /(м2∙ч × кмоль ацетона / кмоль воздуха); 3) коэффициент смоченности насадки ψ = 1.

Уравнение линии равновесия: Y* = 1,68 Х

Отчет по практической работе должен содержать:

1)титульный лист (приложение А);

2)задание с исходными данными;

3)схему абсорбера;

4)расчет абсорбера;

5)выводы.

Контрольные вопросы

1.Физическая сущность процесса абсорбции.

2.Как подбирается абсорбент?

3.Какие существуют абсорберы?

4.Как выбирают материалы для изготовления насадки абсорберов?

5.В какой последовательности осуществляют расчет абсорбера?

55

Практическая работа № 9

РАСЧЕТ ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Впромышленном водоснабжении основную роль играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода охлаждается в градирнях, брызгальных бассейнах, водохранилищах (прудах) - охладителях или других устройствах и циркуляционными насосами снова подается в цикл. При этом она многократно и последовательно подвергается различным физико-химическим воздействиям – изменяет температуру, аэрируется, в некоторых случаях загрязняется и частично теряется вследствие испарения и капельного уноса в атмосферу. Испарение части воды вызывает постепенное повышение ее минерализации. Вода становится коррозионно-активной, способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливаются пыль и продукты коррозии. Поэтому для восполнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы получают подпиточную воду.

Оборотное водоснабжение можно осуществить в виде единой системы для всего промышленного предприятия либо в виде отдельных циклов для отдельного цеха или группы цехов.

Вобычных системах оборотного водоснабжения, где циркулирующая вода не загрязняется технологическими продуктами, повышение минерализации предотвращается продувкой (сбросом части оборотной воды) и пополнением системы подпиточной свежей водой из природных источников, которая проходит необходимую очистку и корректировку состава.

Взависимости от качества оборотной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (умягчению, обессоливанию, удалению взвесей и т.п.) с последующим возвращением ее в систему.

Вместо свежей воды для подпитки можно использовать дочищенную до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедших биологическую очистку, либо промышленные стоки после достаточно глубокой локальной физикохимической очистки.

Подпитка замкнутых систем свежей водой допускается в случае, если недостаточно очищенных сточных вод для восполнения потерь воды.

Схема оборотной системы водоснабжения с охлаждением воды и подпиткой свежей водой из водоема представлена на рисунке.

Потери воды на испарение при охлаждении Q1 , м3/ч, определяются по формуле

56

где Кисп – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому

термометру) (табл. 2), а для водохранилищ (прудов)-охладителей в зависимости от естественной температуры в водотоке;

Δt – перепад температур воды, оС; Q – расход оборотной воды, м3/ч.

Рис. 6. Схема оборотной системы водоснабжения (П – производство; ОХЛ – система охлаждения воды; НС – насосная станция; Q – расход оборотной воды; Q1 – потери воды при испарении;Q2 – потери воды при разбрызгивании;Q3 – потери воды при продувке

где t1 – температура воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн, градирню);

t2 – температура охлажденной воды.

Таблица 1

Потери воды р2в брызгальных бассейнах и градирнях вследствие уноса ветром принимаются по таблице 3 (СНиП 2.04.02-84)

57

Таблица 2

Относительные величины потерь воды в результате испаренияр1, разбрызгиванияр2 и продувкир3 (в долях) определяются следующим образом:

где Q1, Q2, Q3 – абсолютные величины потерь воды при испарении, разбрызгивании и продувке соответственно, м3/ч.

Те же величины, выраженные в процентах, принимают вид

Расчетная предельная концентрация Спр солей или другого лимитирующего загрязнителя в оборотной системе определяется уравнением:

где р1, р2, р3 - относительные величины потерь воды в результате испарения, разбрызгивания и продувки соответственно (в долях);

С0 – концентрация соли (или другого лимитирующего загрязнителя) в воде, добавляемой в систему.

Величина kу р1 р2 р3 называется коэффициентом упаривания.

р2 р3

При известных значениях спри со (в соответствии с требованиями к качеству оборотной и подпитывающей воды) (табл. 4) можно найти р3, а значит и величину продувки Q3, м3/ч.

Величина расхода добавляемой в оборотную систему свежей воды Qсвеж.,

ЗАДАНИЕ

В соответствии с заданным вариантом определить величину продувки Q3 (сброса части оборотной воды из системы) и расхода добавляемой в систему свежей воды Qсвеж. из водоема для компенсации потерь воды.

Исходные данные

Для всех вариантов:

1) температура охлажденной воды t2 = 28 оС; 2) температура воздуха, tвозд = 20 оС;

3) лимитирующий загрязнитель – общее солесодержание.

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);2) задание с исходными данными;3) схему оборотной системы;4) расчет оборотной системы; 5) выводы.

Контрольные вопросы

1.Что такое оборотное водоснабжение?

2.Какие изменения происходят в воде оборотного водоснабжения?

3.Можно ли вместо свежей воды для подпитки системы оборотного водоснабжения использовать сточную воду?

4.Опишите схему оборотного водоснабжения.

5.От чего зависят потери воды при оборотном водоснабжении?

60