Промислова екологія - Апостолюк C.O. - Розрахунок адсорбційної установки

Вихідними даними для розрахунку адсорбційної установки є об'ємна витрата очищуваного повітря (газу), м3/с; концентрація вилученої домішки (мг/м3), тиск відвідних газів (Па).

Розрахунок адсорбційної установки полягає у визначенні потрібної маси адсорбента, конструктивних розмірів, гідравлічного опору адсорбента та часу його захисної дії.

На першому етапі розрахунку та проектування адсорбера вибирають робочу температуру та тип сорбента. Для збільшення адсорбційної здатності сорбента робочу температуру встановлюють мінімальною. Вибір сорбента здійснюється за ізотермами адсорбції (див. рис. 4.5) при робочих параметрах температури й концентрації домішки за умов мінімальної маси сорбента.

Мінімальну необхідну масу сорбента визначають із рівняння матеріального балансу за кількістю вилученого компонента [7]:

де Яп — об'ємна витрата очищуваного повітря (газу), м8/с; с0 — концентрація вилучених домішок, мг/м8; т — час адсорбції, с;

кз — коефіцієнт запасу, приймають 1,1—1,2; — погливна здатність адсорбента в робочих умовах, мг/кг адсорбента.

Швидкість повітряного потоку в адсорбері со/я розраховують, виходячи із допустимого падіння тиску Др в адсорбері [б]

де кф — коефіцієнт форми зерна сорбента, що враховує різну доступність всієї поверхні зерен для потоку обдування, визначають за формулою

Де йа — діаметр зерна, м; Іа — довжина зерна, м; <І9КЛ — еквівалентний діаметр зерна сорбента, м:

Пн — пористість шару сорбента:

Ру — уявна густина сорбента, кг/м8; рн — насипна густина сорбента, кг/м8; % — коефіцієнт гідравлічного опору, що визначається залежно від режиму течії газоповітряного потоку; при критерії Рейнольдса Ие < 50 1= 220/Ие, при 50 £ Не й 7200 і = 11,6/Ке0-25, де Ке = и* <2 Р^/р, и — коефіцієнт кінематичної в'язкості газу. Виходячи з необхідного часу контакту газу з сорбентом і мінімальних гідравлічних опорів, ш вибирають у межах 0,15— 0,5 м/с.

Геометричні розміри адсорбера (діаметр В0 і довжина Ьа) визначають за формулами [6]

Час захисної дії адсорбера визначають з характеру кривої ізотерми адсорбції. Для ділянки ізотерми адсорбції, в якій діє закон Генрі (а = Г х є, де Г — безрозмірний коефіцієнт Генрі, що визначають за відношенням кількості адсорбованої речовини ао до початкової концентрації в газоповітряному потоці со), тривалість адсорбції і визначають за формулою [7]

де 5я — питома поверхня адсорбента, м2/м8; визначають за формулою

р — коефіцієнт, що визначається за табл. 4.1 залежно від відношення вмісту погливної речовини в газоповітряному потоці на виході та вході адсорбера.

Таблиця 4.1. Значення коефіцієнта b залежно від відношення вмісту погливної речовини в газоповітряному потоці на виході та вході адсорбера

р — коефіцієнт масопередачі, С"1, визначають залежно від режиму течії газоповітряного потоку за формулами

де Реп = п/В — дифузійний критерій Прандля; V — коефіцієнт кінематичної в'язкості газу при робочих умовах, м/с; І) — коефіцієнт дифузії вловлюваного газу в повітрі, м2/с

Коефіцієнт дифузії вловлюваного газу визначається за формулою

де Ио — коефіцієнт дифузії при То = 273 К і погливному тиску ро - 101,3 кПа; Т — температура газу, °С; р — тиск газу, кПА.

Для області ізотерми адсорбції, в якій спостерігається рівняння Ленгмюра (а = АВС(1 +АС) де Л і В — константи, що залежать від властивостей адсорбента та адсорбованої речовини), тривалість адсорбції може бути визначена за формулою [7]

де с, — вміст речовини в газоповітряному потоці, зрівноважений з кількістю речовини, що дорівнює половині аж, кг/мя; с — уявний вміст речовини в газоповітряному потоці, кг/м3.

Для області ізотерми адсорбції, де величина адсорбції практично не залежить від вмісту речовини в газоповітряному потоці (тобто, коли а " В), тривалість адсорбції визначають за формулою

Якщо отриманий час захисної дії абсорбера відрізняється від заданого т на величину Ат, то довжину апарата змінюють на величину АЬа - (Ягпс0Ы)/(рн х ^ х а^) і перераховують масу адсорбента. Решта параметрів залишаються незмінними.