Обработка газов методом – абсорбции. Промышленная аспирация. Составление материального баланса. Определение расхода инертного газа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_______________________________________________________________________________

Институт дистанционного образования

Специальность 320700

«Охрана окружающей среды

и рациональное использование

природных ресурсов»   

Курсовая  работа

по дисциплине

«ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ»

ВАРИАНТ № 5

Выполнила: студентка гр. 5Э30                                                     

                                                                             Проверил:                                                                    

Новокузнецк 2009г.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание 1……………………………………………………………………   3

Задание 2 ……………………………………………………………………10

Вопрос 1. Обработка газов методом – абсорбции ……………………….16

Вопрос 2. Промышленная аспирация…………………………………….  20

Список литературы………………………………………………………… 23

Задание 1

В колоне с насадкой из колец Рашига 50х50х5 происходит водная абсорбция двуокиси серы из ее смеси с воздухом. Колона работает при следующих условиях: расход газа V м³/ч, концентрация SO₂ в газе: на входе  у₁ м.д.; на выходе у₂ м.д.; концентрация SO₂  в растворе на входе в колонну х₂=0 м.д.; расход  L= 1,16• L_min  м³/ч; средняя температура в колонне t=20⁰ C; диаметр колонны d _к м.

V, м3/ч	у1, м.д.	у2, м.д.	d к ,м
2800	0,04	0,006	1

Определить концентрацию SO₂  на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонны, необходимую поверхность и высоту слоя насадки в колонне. Коэффициенты массоотдачи: в газовую фазу k_г^* = 31,3 м/ч; в жидкую фазу k_ж^*= 0,438 м/ч. Для построения линии равновесия использовать следующие величины, полученные на основе экспериментальных данных при  t=20⁰ C:

х	5,63•10-5	1,405•10-4	2,80•10-4	4,21•10-4	5,62•10-4	8,43 •10-4	1,405•10-3
у*	6,60•10-4	1,580•10-3	4,21•10-3	7,63•10-3	1,12•10-2	1,855•10-2	3,42•10-2

Решение:

Составление материального баланса

Определение расхода инертного газа 

G =

G = =111,81 кмоль/ч.

Определение количества SO₂, абсорбируемого в колонне

N_A = G  

N_A = 111,81 = 3,98 кмоль/ч.

Определение минимального расхода абсорбирующей воды

L_min =

где х - равновесная концентрация SO₂ в жидкой фазе, соответствующая концентрация у₁ в газовой фазе. Для определения хнеобходимо построить линию равновесия. Из рис.1 получаем  х=0,001625.

Подставим эту величину в предыдущее уравнение, получим

L_min = = 2445,25 кмоль/ч.

Определение действительного расхода воды

L=1,16 • L_min  = 1,16 • 2445,25 = 2836,49 кмоль/ч.

Конечную концентрацию SO₂ в растворе можно найти из соотношения

L• (х₁ – х₂) = N_A.

Так как х₂ = 0, то      х₁ = = = 0,001403 м.д.

Построение рабочей линии

Из уравнения материального баланса известно, что

G  = L

111,81 = 2836,49

Отбрасывая в знаменателе величину х, пренебрежимо малую по сравнению с 1, т.е. , расчетным путем получим уравнение рабочей линии:

111,81∙ = 2835,88 ∙ (0,001415 – х)

111,81∙ 0,041667– 111,81∙ х =2835,88 ∙ 0,001405 – 2835,88 · х

4,6588 – 111,81 ·=3,9844 – 2835,88· х

835,88 · х = 3,9844 – 4,6588 + 111,81·

2835,88 · х = - 0,6744 + 111,81 ·

х =

х = 0,0394 ·  - 0,0002378 – уравнение рабочей линии.

Задаваясь значениями переменной у, находим соответствующие значения х.

у	0,040	0,035	0,030	0,025	0,020	0,015	0,010	0,060
х	0,001404	0,001191	0,000981	0,000772	0,000566	0,000363	0,000160	≈ 0

Рабочая линия приведена на рисунке 1.

Определение концентрации SO₂ на поверхности раздела фаз.

Для любой точки с координатами  х и у значения концентраций на поверхности раздела фаз находятся на пересечении линии равновесия с прямой, выходящей из точки и имеющей тангенс угла наклона.

Так как концентрации выражены в мольных долях, то и коэффициенты массоотдачи необходимо пересчитать в соответствующие единицы

k_Г=  кмоль/(м² ∙ ч ∙∆у);

k_ж= 0,438 ∙ = 0,438 ∙ = 24,3 кмоль/(м² ∙ ч ∙∆х);

Тангенс угла наклона соответствующих прямых

m = = – 18,7

На рис. 1 из различных точек рабочей линии проводим прямые с угловым коэффициентом  m = – 18,7. На  пересечении этих прямых с линией равновесия получаем соответствующие значения концентрации SO₂ на поверхности раздела фаз. Полученные значения сводим в таблицу 1.

Для определения поверхности насадки воспользуемся уравнением:

F = 

Проводим графическое интегрирование путем планиметрирования площади под кривой на графике зависимости  от у (рис. 2), который построен по данным таб. 1.

Планиметрирования площади под кривой в пределах между

у₁ = 0,04 и у₂ = 0,006 дает:    = 10,58

Средний расход газа в колоне G находим, усредняя расходы газа на входе и выходе из колонны.

G_вх = =124,8 кмоль/ч,

G_вых = G_вх – N_A = 124,8 – 3,98 =120,8 кмоль/ч,

G^″ = =122,8 кмоль/ч.

Усредняем также значение (1- у) на входе и выходе из колонны по данным табл.1:

(1 – у)_ср = =0,9785

Следовательно:

F = 1021,36 м²

Высота насадки: Н = , при диаметре колонны d_k = 1,00

S_k =  = 0,785 м²,

А удельная поверхность используемой насадки σ = 95 м²/ м³.

Отсюда находим высоту насадки:

Н = = 13,70 м.

Задание 2

Рассчитать аспирацию и отопление прядильного корпуса завода вискозного шелка, производящего шелка по центрифугальному способу. Завод выпускает G кг шелка марки  N 60 в сутки. От одного прядильного места отсасывается W м³  воздуха в минуту. В цехе воздух имеет температуру t = 22⁰ , влажность  = 55%;  наружный воздух имеет температуру  t= -35⁰,  = 85%.

В цехе установлено М прядильных машин, имеющих в своем составе электродвигатель мощностью N кВт и К прядильных мест. При прядении нити на каждом прядильном месте происходит охлаждение прядильного раствора на 1⁰ С, при этом выделяется 290 кДж/ч тепла и 56 г/ч влаги. В цехе работает в смету 220 человек. Тепловыделение от одного человека составляют  0,12 Вт.

G	W	М	N	К	V
12000	1,2	60	16,8	150	42800

Кубатура цеха составляет V м³ при средней высоте 5 м, соотношении длины к ширине здания 5 : 3. Площадь перекрытия в 1,5 раза больше площади пола. Площадь остекления составляет 30% от площади стен. Количество приточного воздуха принять равным 90% от количества вытяжного воздуха.

Коэффициенты теплопередачи:

кирпичной кладки, Вт/(м2• К)	1,05 • 10-3
остекление, Вт/(м 2• К)	2,68 •  10-3
пола, Вт/(м 2• К)	6,98 • 10-4
перекрытие, Вт/(м 2• К)	9,31 • 10-4

Вытяжка осуществляется вентиляторами низкого давления У-16 (производительность 24 м³/с, напор 60 мм вод. ст., к.п.д. 0,6). Для подогрева воздуха использовать пластинчатые калориферы марки КФС-12 с с поверхностью нагрева 61,6 м³.

Решение:

Расчет отсоса воздуха

V₁ = м³/с.

Для обеспечения такой вытяжки необходимо установить

n=  вентиляторов.

Количество приточного воздуха составит

V₂ =0,9 • V₁=0,9 • 180 = 162  м³/с.

Для подачи свежего воздуха в цех устанавливаем те же вентиляторы У-16 в количестве:

n=шт.

при кубатуре прядильного цеха V=42800 м³ кратность обмена воздуха в цехе составит

z= = раз в час.

     Расчет необходимого количества калориферов

1)  Летний период

Расчет тепловыделений от электродвигателей

Q₁ = N• M  • = 16,8 • 60 • 1= 1008 кВт.

где,   - коэффициент искусственного отвода тепла, равный 1.

Расчет тепловыделений за счет охлаждения прядильного раствора

Q₂ =  = 725 кВт.

Расчет тепловыделений от работающего персонала

Q₃ = N_см •Q_ч = 26,4 кВт.

Избыток тепла составит

Q₄ = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 1008 + 725 + 26,4 = 1759,4 кВт

Примем, что в летний период времени теплоотдачи через стены, окна и перекрытия цеха отсутствуют.

Тогда, теплосодержание воздуха превышается на

 = 9,05 кВт.

где, p_в – плотность воздуха, кг/м³.

В летний период времени воздуха с t = 23⁰ С, влажность  = 55% согласно