Курсовая работа (т): Адсорбционная установка. Расчет адсорбера

Адсорбционная установка. Расчет адсорбера

Содержание

Введение

Глава 1. Технологическая часть

Глава 2. Аналитический обзор литературы

Глава 3. Проектная часть

.1 Описание выбранной машины

.2 Выбор конструкторских материалов для деталей машины

.3 Кинематическая схема работы машины

Глава 4. Расчетная часть

.1      Расчет мощности и подбор привода

.2      Расчет кинематической схемы

.3      Расчет перфорации

.4      Расчет звездочки

Глава 5. Техника безопасности и правила эксплуатации рыборазделочных машин

Вывод

Список использованной литературы

Введение

Адсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонента газа, пара или раствора поверхностью твердого тела - адсорбента. Поглощаемое вещество же называется адсорбтивом.

Характерной особенностью процесса адсорбции является избирательность и обратимость. Благодаря обратимости процесса возможно поглощение из парогазовых смесей или растворов одного или нескольких компонентов, а затем в определенных условиях их выделение из адсорбента. Процесс обратный адсорбции, называется десорбцией.

В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбента и адсорбтива, адсорбцию принято подразделять на физическую и химическую (хемосорбцию). Менее прочная физическая адсорбция не сопровождается существенными изменениями молекул адсорбтива. Она обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и газах, не производя между ними химического взаимодействия.

При хемосорбции между молекулами адсорбента и молекулами поглощаемого компонента происходит химическая реакция и возникает химическая связь.

При поглощении паров в порах адсорбента в некоторых случаях может произойти конденсация паров и они заполняются жидкостью. Этот процесс называется капиллярной конденсации.

Адсорбция широко распространена в различных отраслях промышленности для очистки и осушки газов, очистки и осветления растворов, разделения парогазовых смесей, для извлечения ценных летучих растворителей из их смеси с другими газами. Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых отраслях пищевой промышленности, а именно: в масложировой (в производстве маргарина) и в бродильной (в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения.

Адсорбция различных пищевых кислот снижает, по сравнению с водой, поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков.

Адсорбция в пищевой промышленности также применяется: для очистки водно-спиртовых смесей (сортировок) и для улавливания спиртов из газов в спиртовом производстве, для обесцвечивания соков и сиропов в сахарном, рафинадном и крахмалопаточном производствах; для осветления пива в пивоваренном производстве.

Глава 1. Аналитический обзор литературных источников

Аппараты для проведения адсорбции делятся на три группы: с неподвижным слоем адсорбента; с подвижным слоем; с псевдоожиженным слоем.

В качестве адсорбентов в таких аппаратах применяют твердые вещества, обладающие большой удельной поглощающей поверхностью. В настоящее время наибольшее техническое применение как адсорбенты имеют: активированный уголь и гель кремневой кислоты, называемый силикагелем.

Активированные угли представляют собой продукт специальной обработки или активации углей, получаемых в результате сухой перегонки углеродсодержащих материалов (дерева, торфа, антрацита и т.д.). активация углей заключается в прокаливании их при температуре ~ 900ºС, экстрагировании смол из их пор органическими растворителями, удаление растворителя прокаливанием и окислением газообразными окислителями (воздухом, кислородом, водяным паром и т.д.).

Качество активированных углей зависит от свойств исходных углеродсодержащих материалов и от условий активации.

Активированный уголь применяется при адсорбции либо в виде зерен величиной от 1 до 7 мм, либо в виде порошка. Удельная активная поверхность активных углей выражается величиной от 600 до 1700 м2 на один грамм. Применяются активные угли главным образом для поглощения паров органических жидкостей, находящихся в газовых смесях, и для очистки различных растворов от примесей.

Недостатком этих углей является горючесть, и применять их можно при температуре не выше 200 ºС.

Силикагелем называют продукт обезвоживания геля кремневой кислоты, получаемого действием серной или соляной кислот или растворов кислых солей на раствор силиката натрия. Выпавший гель кремневой кислоты после промывки высушивается при температуре 115-130 ºС до влажности 5-7%.

Силикагель отличается однородностью пор как по величине, так и распределению. Применяется силикагель в виде зерен диаметром от 0,2 до 7 мм главным образом для поглощения паров воды, т.е. для сушки газов.

Недостатком является малая удельная активность (порядка 600 м2 на грамм) и высокая стоимость, по сравнению с активным углями.

Наибольшее применение в пищевой промышленности получили адсорберы с неподвижным слоем адсорбента, в качестве которого применяются активные угли.

Простейшим аппаратом для проведения процесса адсорбции является колонна-адсорбер для обесцвечивания сиропа активным углем (рис. 1).

Рис. 1

-колонна, 2- крышка, 3-ввод сиропа для очистки, 4-решетка, 5-выгрузочный люк, 6-фильтр.

Аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд высотой от 6 до 10 м и диаметром от 0,6 до 1,2 м. активный уголь загружают в адсорбер через верхнюю горловину, которую после загрузки плотно закрывают крышкой. Уголь насыпают на решетку, на которой находиться металлическое сито и холст. Сироп поступает через трубу, к которой присоединено несколько патрубков с вентилями. По этим патрубкам поступают сиропы различной цветностью. Обесцвеченный раствор направляется в контрольный тканевый фильтр, на котором удерживаются кусочки угля, увлеченные потоком.

Преимуществом данного адсорбера является простота конструкции и относительно небольшие габариты

Недостатками являются малая производительность (2-4 л/мин на 1 т. угля), высокий расход адсорбента и относительно невысокая степень очистки.

В пищевой промышленности также применяется фильтр-адсорбер (рис. 2).

Рис.2

В данном аппарате в качестве адсорбента применяется фильтрационная масса с активным углем. Тонкая волокнистая масса заполняет рамы фильтр-пресса. Каждая рама имеет два прилива: один для подачи неочищенной жидкости и другой для отвода уже осветленной. Когда рамы собраны, приливы образуют трубы, по которым проводится и отводится жидкость. В таком аппарате адсорбция происходит одновременно с фильтрацией жидкости.

Недостатком данного адсорбера является низкая производительность, низкий диапазон устойчивой работы вследствие забиваемости фильтрующих элементов и невозможность дальнейшей регенерации адсорбента.

В настоящее время в адсорбционных установках периодического действия наибольшее распространение нашли адсорберы, в которых отношение высоты слоя к диаметру аппарата больше единицы. К таким аппаратам относятся: вертикальный, горизонтальный и кольцевой адсорберы.

Вертикальный адсорбер (рис.3).

Данный аппарат представляет собой железный цилиндрический сосуд диаметром 2-3,3 м и высотой 3-4 м. Высота слоя угля в адсорберах - 2,5 м, загрузка угля в каждый адсорбер ~ 4 т. Сверху адсорберы закрыты крышками, прикрепленными к цилиндрической части болтами. Слой угля расположен на керамической плитке (газораспределительной решетке); последняя имеет большое число мелких отверстий, с помощью которых входящий газ равномерно распределяется по сечению адсорбера.

Рис.3

Для повышения качества распределения потоков по сечению аппарата и предотвращения высыпания из аппарата адсорбента (или продуктов его механического разрушения) на решетку может быть насыпан слой гравия. В рассмотренной конструкции адсорбера на керамическую плитку насыпают слой гравия высотой 100-200 мм. Зернение гравия по высоте аппарата неравномерно: внизу располагаются более крупные куски размером 25-30 мм, затем последовательно фракции 15-25, 10-15, 5-10 мм. Гравий предохраняет адсорбент от загрязнения конденсатом, содержащимся в «жирном» газе, а также препятствует просыпанию мелких фракций и забиванию отверстий в керамической решетке.

Сверху слой угля во избежание уноса покрывают сеткой, выполненной из проволоки.

В нижней части адсорбера находятся нижняя и верхняя головки с восемью штуцерами для ввода и вывода газов и паров на разных стадиях процесса. Внутри адсорбера расположена труба, отводящая газ во время охлаждения, сушки и насыщения. При десорбции водяной пар подают по трубе в верхнюю часть адсорбера. Такая конструкция позволяет все управление адсорбером сосредоточить внизу.

Недостатком данного адсорбера является то, что он не обеспечивает высокой степени очистки газового потока от целевого компонента.

Горизонтальный адсорбер (рис.4).

Рис.4

-люки для загрузки адсорбента; 2-штуцер для подачи газа на стадиях адсорбции, сушки и охлаждения; 3- кожух; 4-распределитель водяного пара на стадии десорбции; 5-люк для выгрузки адсорбента; 6- штуцер для отвода конденсата; 7-штуцер для отвода паров при десорбции; 8-штуцер для отвода газа.

Работа данного адсорбера заключается в подаче газовой или паровоздушной среды через штуцер 2 во внутреннюю часть корпуса адсорбера для её разделения. Затем газовая среда перемещается через зернистый адсорбент, который уложен слоем на сетке. Адсорбент поглощает из газообразной среды только необходимое вещество, а поступившая среда удалится из адсорбера через выходной штуцер 8. Процесс поглощения определенного вещества адсорбентом происходит до определенного момента, после чего осуществляют процесс десорбции.

Данный процесс заключается в прекращении подачи газообразной среды в адсорбер, затем начинается подача перегретого водяного пара. Его перемещение происходит в направлении обратном движению газовой среды. Смесь пара и извлеченного из газовой среды вещества выводится из адсорбера и поступает на ректификацию в специальную установку или в отстойник.

Недостатком данного адсорбера является большое сечение при малой высоте слоя адсорбента и наличие сфероидальных участков приводящие к неравномерности распределения парогазовых потоков по сечению такого аппарата. Также недостатком является то, что данный аппарат не обеспечивает высокой очистки от заданного компонента и пыли.

Кольцевой адсорбер (рис.5).

Данный аппарат представляет собой цилиндрический корпус, выполняющийся диаметром до 3,2 м, высотой до 8 м. Загрузочные люки расположены на верхней крышке, а разгрузочный - внизу цилиндрической обечайки. Исходная смесь движется от периферии к центру, что способствует лучшему использованию адсорбента, так как по мере снижения концентрации целевого компонента в смеси уменьшается и площадь сечения слоя.

Рис.5

- установочная лапа; 2 - штуцер для подачи паровоздушной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха; 3 - опора для базы под цилиндры; 4 - корпус; 5, 6 - внешний и внутренний перфорированные цилиндры; 7 - крышка; 8 - смотровой люк; 9 - загрузочный люк; 10 - бункер-компенсатор; 11 - штуцер для предохранительного клапана; 12 - слой активного угля; 13 - база для цилиндров; 14 - разгрузочный люк; 15 - днище; 16 - штуцер для отвода очищенного и отработанного воздуха и для подачи водяного пара; 17 - штуцер для отвода паров и конденсата при десорбции и для подачи воды

Парогазовая смесь поступает в аппарат через штуцер 2 проходит через слой адсорбента 12, где улавливается искомый компонент смеси, после чего через полый корпус и штуцер 16 очищенный газ выходит в канализацию. После процесса адсорбции наступает десорбция, регенерация адсорбента и его сушка для дальнейшего использования в процессе адсорбции.

Для обеспечения непрерывной работы, часто в процессе используют 2 и более адсорберов, одни из которых осуществляет процесс адсорбции, а другие находятся на стадии регенерации адсорбента.

Данный адсорбер кольцевого типа часто используется в промышленности для очистки газов, улавливания паров летучих веществ и очистки паровоздушных смесей, благодаря большой улавливающей поверхности адсорбента (за счет его кольцевого расположения в аппарате) и высокой его производительности.

Данный аппарат может работать по четырехфазному циклу, благодаря чему уменьшается расход адсорбента и одновременно увеличивается степень очистки газов или паровоздушных смесей.

Глава 2. Описание схемы технологического процесса

Исходная смесь паров бутилацетата и воздуха по коммуникации -29-29- , где регулируется расход 5 и давление 1, через запорные вентили ВЗ1, ВЗ2, ВЗ3 и ВЗ4 подается в адсорбер А1 вентиляторами В1 и В2 через регулирующий вентиль ВР1, рукавный фильтр Ф, на выходе из которого регулируется давление 2, огнепреградитель Ог, после которого проходит измерение температуры 9, с разрывными мембранами М и Холодильник Ка2, перед входом в который измеряется расход 6 . Перед входом паров в адсорбер происходит измерение концентрации бутилацетата 14. Очищенный в результате адсорбции газ удаляется из адсорбера А1 по коммуникации -3т-3т-, где измеряется давление 3. По окончании фазы адсорбции линия подачи исходной смеси переключается на следующий адсорбер А2, где регулируется расход 7 и концентрация бутилацетата 15, при помощи запорного вентиля ВЗ7, в котором уже прошли стадии регенерации адсорбента (десорбция, сушка, охлаждение), а аппарате А1 начинается десорбция.

Острый пар давлением 0,3-0,5 МПа подается на десорбцию в адсорбер А1 по коммуникации -Т7-Т7-. Смесь извлекаемого компонента с так называемым динамическим паром выходит из адсорбера А1 и поступает через циклон Ц в конденсатор К, перед входом и выходом в который происходит замер температуры 10 и 11, холодильник Х, где также перед входом и выходом в который измеряется температура 12 и 13, и отстойник От, где регулируются концентрации 16 и 17, в котором смесь разделяется на бутилацетат и жидкость спускаемую в канализацию по коммуникации -К7-К7-.

Образовавшийся в адсорбере конденсат греющего пара удаляется в канализацию по коммуникации - К7-К7 -.

Воздух для сушки вентилятором В3 нагревается в калорифере Ка 1, подается в адсорбер А1 по коммуникации - З-З - и удаляется из адсорбера по коммуникации - К7-К7- в канализацию. Вентилятор В3 по коммуникации - З-З - подает на охлаждение адсорбента атмосферный воздух, который удаляет из адсорбера в канализацию. На этом цикл заканчивается, и адсорбер переключается на стадию адсорбции.

Глава 3. Технологический расчет основного аппарата

.1 Построение изотермы адсорбции

Пользуясь равновесными концентрациями x1 и y1 по адсорбции бензола на активном угле АР-17, рассчитаем значения x2 и y2 для бутилацетата по уравнениям: