Материал: Абсорбция двуокиси серы
Абсорбция двуокиси серы
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
= 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
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)) |
ΔS |
|
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 |
0,985 |
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
= 
=
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 ϕ = 55%; наружный воздух имеет температуру t = -35˚, влажность ϕ = 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) |
|
|
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
) 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