Абсорбция двуокиси серы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт Дистанционного Образования

Специальность Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: Техника защиты окружающей среды

Томск 2014



Содержание

Задание 1

Задание 2

Список используемой литературы

Приложение



Задание 1

В колонне с насадкой из колец Рашига 50*50*5 происходит водная абсорбция двуокиси серы из ее смеси с воздухом. Колонна работает при следующих условиях: расход газа V м3/ч, концентрация SO2 в газе: на выходе y1 м.д.; на выходе y2 м.д.; концентрация SO2 в растворе на выходе в колонну x2 = 0 м.д.; расход абсорбента L = 1,16*Lmin м3/ч; средняя температура в колонне t = 20?С; диаметр колонны dk м.

Определить концентрации 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 = 31,3 м/ч; в жидкую фазу = 0,438 м/ч. Для построения линии равновесия использовать следующие величины, полученные на основе экспериментальных данных при t = 20?С:

x	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
y*	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

Дано	V	y1	y2	dk
	2700	0,03	0,006	1

Составление материального баланса

Определение расхода инертного газа

= = 108,9 кмоль/ч.

Определение количества SO2 , абсорбируемого в колоне

= 108,9* = 2,71 кмоль/ч.



Определение минимального расхода абсорбирующей воды

где - равновесная концентрация SO2 в жидкой фазе, соответствующая концентрации в газовой фазе. Для определения необходимо построить линию равновесия. Из рисунка 1 получаем = 0,000997.

Подставив эту величину в предыдущее уравнение, получим

= 2737,37 кмоль/ч.

Определение действительно расхода воды

= 1,16* = 1,16*2737,37 = 3175,35 кмоль/ч.

Конечную концентрацию SO2 в растворе можно найти из соотношения

* =

Так как , то = = 0,00085 м.д.

Построение рабочей линии

Из уравнения материального баланса известно, что

=

=

Отбрасывая в знаменателе величину , пренебрежимо малую по сравнению с 1, получим уравнение рабочей линии

x = 0,0343* - 0,00021.

Равновесная и рабочая линии приведены на рисунке 1 (Приложение).

Определение концентрации SO2 на поверхности раздела фаз

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

- = -

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

= = = 1,3 кмоль/(м2*ч*);

= 0,438* = 0,438* = 24,3 кмоль/(м2*ч*).

Тангенс угла наклона соответствующих прямых

m = - = - = -18,7.

На рисунке 2 (Приложение) 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 2.1.

Для определения поверхности насадки воспользуемся уравнением

= **dy.

Интеграл можно вычислить либо графически, либо численно с помощью метода трапеций или метода Симпсона.

Проводим графическое интегрирование путем планирования площади под кривой на графике зависимости от (рисунок 2 (Приложение)), который построен по данным таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Определение поверхности насадки методом графического интегрирования

x	y	xгр	yгр	1-y	1-yгр	(1-y)ср	y-yгр	(1-y)ср/((1-y)*(y-yгр))	ДS
0,0	0,005	0,000122	0,0020	0,981	0,984	0,998	0,003	300,9	1,30
0,000122	0,0088	0,00035	0,0056	0,995	0,997	0,993	0,003	299,26	1,31
0,00035	0,013	0,00055	0,0097	0,991	0,995	0,991	0,003	298,09	1,35
0,00055	0,017	0,00069	0,0141	0,990	0,993	0,990	0,002	285,81	0,96
0,00069	0,022	0,00088	0,0188	0,987	0,991	0,989	0,002	279,60	0,98
0,00088	0,026	0,00100	0,0233	0,985	0,990	0,985	0,002	286,31	1,00
0,00100	0,030	0,00119	0,0270	0,982	0,986	0,980	0,003	294,31	1,00
0,00119	0,034	0,00135	0,0312	0,979	0,985	0,979	0,003	299,74	1,00
0,00135	0,0375	0,00142	0,0350	0,976	0,981	0,977	0,002	301,67	1,08
0,00142	0,0400	0,00165	0,0378	0,970	0,976	0,970	0,002	315,30
S	9,98

Планирование площади под кривой в пределах между = 0,03 и = 0,006 дает = 9,98.

Воспользуемся методом трапеций

.

Расчеты приведены в таблице 2.1. Искомое значение равно 11,91. Таким образом, оба метода дают сравнимые результаты.

Поверхность насадки = = 9,98.

Средний расход газа в колонне находим, усредняя расходы газа на входе и выходе из колонны

= = = 124,8 кмоль/ч.

= - = 124,8 - 2,71 = 122,09 кмоль/ч.

= = = 123,45 кмоль/ч.

Усредняем также значения на входе и выходе из колонны по данным таблице 2.1:

= = 0,9789.

Следовательно= * 9,98 = * 9,98 = 985,63 м2.

Высота насадки H =

При диаметре колонны dk = 1,26 м площадь поперечного сечения колонны будет равна = = = 0,7854 м2, а удельная поверхность используемой насадки = 95 м2/ м3. Отсюда

H = = 13,21 м.



Задание 2

Рассчитать аспирацию и отопление прядильного корпуса завода вискозного шелка, производящего шелк по центрифугальному способу. Завод выпускает G кг шелка марки N60 в сутки. От одного прядильного места отсасывается W м3 воздуха в минуту. В цехе воздух имеет температуру t = 22?, влажность ? = 55%; наружный воздух имеет температуру t = -35?, влажность ? = 85%.

В цехе установлено М прядильных машин, имеющих в своем составе электродвигатель мощностью N кВт К прядильных мест. При прядении нити на каждом прядильном месте происходит охлаждение прядильного раствора на 1С?, при этом выделяется 290 кДж/ч тепла и 56 г/ч влаги. В цехе работает в смену 220 человек. Тепловыделения от одного человека составляют 0,12 Вт. диоксид сера аспирация

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.

Коэффициент теплопередачи:

Кирпичной кладки, Вт/(м2*К)	1,05*10-3
Остекления, Вт/(м2*К)	2,68*10-3
Пола, Вт/(м2*К)	6,98*10-4
Перекрытия, Вт/(м2*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 поверхностью нагрева 61,6 м2.



Дано	G	W	M	N	K	V
	12300	1,5	56	18	148	40000

Расчет отсоса воздуха

Отсос воздуха в прядильном цехе составляет

= = 207 м3/с.

Для обеспечения такой вытяжки необходимо установить

= 9 вентиляторов.

Количество приточного воздуха составит

= 0,9* = 0,9*207 = 186,3 м3/с.

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

= 8 штук.

При кубатуре прядильного цеха V =40000 м3 кратность обмена воздуха в цехе составит

= 17 раз в час.

Расчет необходимого количества калориферов

1) Летний период

Расчет тепловыделений от электродвигателей

= 18*56*1= 1008 кВт,

Где - коэффициент искусственного отвода тепла, равный 1.

Расчет тепловыделений за счет охлаждения прядильного раствора

= = 667,64 кВт.

Расчет тепловыделений от работающего персонала

= * = 220*0,12 = 26,4 кВт.

Избыток тепла составит

=++= 1008+667,64+26,4 = 1702,04 кВт.

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

Тогда, теплосодержание воздуха повышается на

= = 7,61 кДж на 1 кг воздуха, где - плотность воздуха, кг/м3.

В летний период времени воздух с t = 23С?, влажность ?=55% согласно диаграмме Рамзина (рисунок 3) имеет влагосодержание d = 9,9 г/кг и теплосодержание I = 48,2 кДж/кг.

В связи с тем, что на каждом прядильном месте с поверхности осадительной ванны выделяется 56 г влаги в час, или всего в цехе выделяется влаги

= = 128,92 г/с, влагосодержание воздуха повышается на = = 0,58 г/кг.

Параметры воздуха в цехе:

при = 48,2+7,61 = 55,81 кДж/кг, = 9,9+0,58 = 10,48 г/кг = 0,01048 кг/кг и t = 23С? по диаграмме Рамзина (рисунок 3 (Приложение)) находим ?=65%.

Таким образом, в летний период приточный воздух не нуждается ни в подогреве, ни в увлажнении.

2) Зимний период

Тепловыделения остаются без изменения, т.е.

= 1702,04 кВт.

Для учета теплопотерь через стены, окна и перекрытия, произведем расчет геометрических размеров здания цеха (длину l и ширину m здания).

Площадь пола составит

= = 8000 м2.

Длина и ширина здания

= = = 69,3 м, = = 115 м.

Тогда площадь стен составит

= = 1843 м2.



Площадь остекления составит

= 0,3 * = 0,3*1843 = 552,9 м2.

Площадь перекрытий составит

= 1,5 * = 1,5*8000 = 12000 м2.

Расчет теплопотерь через стены, окна и перекрытия от наружных стен

= *( - )*(- ) = 1,05*10-3*(1843-552,9)*(23+35) = 78,567 кВт;

от остекления

= **(- ) = 2,68*10-3*552,9*(23+35) = 85,943 кВт;

от пола

= **(- ) = 6,98*10-4*8000*(23+35) = 323,872 кВт;

от перекрытия

= **(- ) = 9,31*10-4*12000*(23+35) = 647,976 кВт.

Всего теплопотери составляют

=+++ = 78,567+85,943+323,872+647,976 = 1136,358 кВт.

Таким образом, зимой в прядильном цехе наблюдается избыток тепла

= - = 1702,04 - 1136,358 = 565,682 кВт.

Параметры наружного воздуха зимой

= -35С?; ?2 = 85%; = -39,4 кДж/кг; d2 = 0,1 г/кг.

Испарение влаги с поверхности нити и осадительной ванны увеличивают влагосодержание воздуха до d3 = d2 + = 0,1 + 0,58 = 0,68 г/кг, а теплосодержание до =+= -39,4+0,00068*(1,01+1,97*0,85)*103 = -39,40 кДж/кг,

где = сВ +сП*; - относительная влажность воздуха, выраженная в долях; сВ и сП - средние теплоемкости воздуха и водяного пара соответственно, кДж/(кг*К).

Таким образом, в зимний период времени приточный воздух должен быть подогрет до температуры

= - = 23 - = 23 - 2,50528 = 20

и увлажнен на = d1 - d3 = 10,48 - 0,68 = 9,8 г/кг.

Удельная нагрузка на калориферы

q =

где - тепло, пошедшее на нагрев приточного воздуха от до ; - тепло, пошедшее на испарение влаги.

= ** *(- ) = 186,3*1,2*1,01*(20+35) = 12419 кВт

= ***r = 186,3*1,2*0,0098*2442 = 5350 кВт



где r - удельная теплота парообразования при = 23.

Для нагревания калориферов используется пар с давлением 0,2 Мпа имеющим температуру = 132,9.

Средняя разность температур составит

= = = -7,5.

Тогда q = = 126,56 кВт.

Общая поверхность теплопередачи составит

= = 3049,6 м2,

где - коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателей при вынужденном течении теплоносителей, Вт/( м2*К).

Необходимо установить калориферов

= 50 штук.

Расход пара с давлением 0,2 МПа составит

= = = 8,18 кг/с,

где удельная теплота конденсации пара с давлением 0,2 МПа.

В расчете на 1 кг выпускаемого волокна расход пара составит

= = = 57,50 кг.



Список используемой литературы

1. Ляпков А.А. Технология производств очистки промышленных выбросов. - Томск: 2002. - 250 с.

2. Родионов А.И., Клушин В.Н. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 2002. - 512 с.

3. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Соловьев Г.С. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов. - М.: Химия, КолосС, 2005. - 390 с



Приложение

Рисунок 3 Диаграмма Рамзина для влажного воздуха

Размещено на Allbest.ru