РОЗРАХУНКОВА РОБОТА
Тема роботи:
Вивчення схеми технологічного процесу очищення стічних вод від ізобутанолу та розрахунок окремих її елементів
Загальні відомості та схема очищення води
Найбільш поширений прийом очищення стічних вод від органічних домішок — біохімічний. Але при виробництві синтетичної продукції, наприклад, віскози в стічні води потрапляють штучні органічні речовини, такі як ізобутанол, диметилацетомид та ін., які біоценози не здатні переробляти в нешкідливі домішки. Тоді для видалення зі стічних вод цих забруднень застосовують більш дорощий, але ефективний прийом—адсорбцію. В якості сорбенту беруть активоване вугілля. В адсорбційних фільтрах (колонах) забруднюючі домішки приєднуються (прилипають) до вугілля. Регенерацію вугілля здійснюють за допомогою хлороформу, а десорбцію хлороформу—водяною парою.
На рис.1 зображена схема очищення стічних вод, які утворюються при виробництві віскози від ізобутанолу.
Стічна вода, що містить органічні домішки, надходить в адсорбційний фільтр 1. Після використання адсорбційної ємності адсорбенту залишки води з адсорбенту скидають за допомогою відповідного трубопроводу в збірник неочищених стічних вод. Потім з ємкості 2 у колону подають розчинник-хлороформ. Після повного заповнення шару адсорбенту, що регенерується хлороформом, розчинник зливається через переливний пристрій у ємкість 12. Звідси хлороформ, що містить вилучені з активованого вугілля сполуки, подається в теплообмінник 11, де підігрівається до температури кипіння, і далі у ректифікаційну колону 4. Пара хлороформу через верхню частину колони потрапляє в конденсатор 3 і далі в ємкість 2, а потім знову на адсорбент, який регенерується. Отже за час регенерування адсорбент багато разів промивають чистим хлороформом. Органічні речовини, які вилучаються з води вугіллям, концентруються в кубовий рідині ректифікаційної колони. Кубова рідина після охолодження в охолоднику 9 надходить на вакуумну відгонку ізобутанолу.
Після вилучення органічних речовин з пор активованого вугілля хлороформом здійснюють відгонку (регенерацію) хлороформу водяною парою. Для цього в адсорбційну колону подають пару. Подавання пари припиняють, коли об’єм конденсату дорівнює 1% об’єму очищеної води. Після охолодження конденсат подають у відстійник-розподільник 7, де відбувається відділення хлороформного шару від водного. Хлороформний шар після підігрівання до температури кипіння надходить до ректифікаційної колони, а вода, що містить розчинений хлороформ, у допоміжний адсорбер 6, звідки відокремлений хлороформ утилізується в тій же системі регенерації вугілля, а вода-в колектор очищених стічних вод. Регенерування активованого вугілля в допоміжному адсорбенті здійснюють водяною парою.
Завдання
Розрахувати адсорбер та визначити об’єми подачі хлороформу та водяної пари.
Для розрахування адсорберу в табл.1 наведені слідуючі вихідні дані: витрата стічних вод Q
, швидкість фільтрування u, висота шару завантаження Н, питома вага Y і порозність активованого вугілля ρ, концентрація забруднюючих речовин С
.
При визначенні параметрів розчинника насамперед виходять з умов порозності вугілля Vn
і об’ємів, що знаходяться в трубопроводах V1
=0,8 м3
; в конденсаторі та теплообміннику V2
=1,1 м3
; в ректифікаційній колоні V3
; в ємкості для хлороформу V4
.
Загальна витрата водяної пари Пзаг
складається з витрати динам
, та витрати нагрівної пари Пн
, тобто
Пзаг
=Пд
+Пн
Динамічна пара витрачається на десорбцію хлороформу з пор активованого вугілля.
Теплота нагрівної пари визначається із умов нагрівання всієї системи від 20 до 100°С, та складається з теплоти нагрівання адсорбенту QНС
і теплоти на компенсацію теплових втрат QВТ
у навколишнє середовище. Теплоємність активованого вугілля дорівнює 1,26 кДж/кг.град. Тепловміст водяної пари при 105°С і тиску 101325 Па q становить 2365 кДж/кг.
Рис.1. Схема очищення СВ та регенерування активованого вугілля
1 і 6 – адсорбери; 5, 10, 11 – теплообмінники;
2, 12 – ємності для хлороформу; 7 – відстійник-розподільник;
3, 8 – конденсатори; 9 – охолодник
4 – ректифікаційна колона;
Розв’язок
1. Визначаємо сумарну площу фільтрування
, м2
(м2
)
2. Враховуючи, що діаметри стандартних фільтрів знаходяться в межах від 3 до 4 м (з градацією через 0,2 м), встановлюємо кількість фільтрів
,
де f – площа стандартного фільтра, м³
при d=3,8 м м2
3. Визначаємо сумарний об’єм активованого вугілля в адсорберах
V=n·H·f, м2
V=4·2,4·11,335=108,82 (м2
)
4. Визначаємо масу завантаження n фільтрів у за формулою:
G=γ·V, т G=0,8·108,82=87,056 (т)
5. Так як адсорбуюча здатність 1т активованого вугілля ізобутанолу дорівнює 100кг, то увесь об’єм завантаження в n колонах може поглинути Р забруднюючих речовин
Р=100·G, кг P=100·87,056=8705,6 (кг)
6. Щодоби на адсорбційний блок надходять такі маси органічних речовин:
W=Q·C, кг W=3200·290=928 (кг)
7. Звідси час роботи блоку до регенерації становить:
, доб (доб)
8. Як зазначено вище, об'єм завантаження активованого вугілля в одному фільтрі дорівнює:
Vф
=H·f,м3
Vф
=2,4·11,335=27,204 (м3
)
9. Об'єм міжзернового простору дорівнює:
Vn
=Vф
·ρ,м3
Vn
=27,204·0,48=13,058 (м3
)
де ρ - порозность вугілля, %; ρ=48
10. Визначаємо мінімальний об'єм розчинника в системі, як
Vp
=Vn
+V1
+V2
+V3
+V4
Vp
=13,1+0,8+1,1+4,2+5,2=24,4
11. Об'єм розчинника, що надходить в адсорбційну колону дорівнює
Vpк
=Vn
+V1
Vpк
=13,1+0,8=13,9
12. Визначаємо витрату динамічної пари на всю кількість завантаження колони, виходячи з 0,8 кг пари на 1 кг вугілля
Пд
=0,8·γ·Vф,
т Пд
=0,8·0,8·27,204=17,41 (т)
13. Витрати теплоти на нагрівання сорбенту будуть дорівнювати:
Qнс=
γ·Vф
·(100-20)·1,26,кДж Qнс=
0,8·27,204·(100-20)·1,26=2193,4 (кДж)
14. Теплові втрати дорівнюють приблизно 15% від Qнс,
тобто
Qвт
=0,15Qнс
, кДж Qвт
=0,15·2193,4=329 (кДж)
15. Сумарна потреба тепла Qн
на нагрівання системи дорівнює:
Qн
=Qнс
+Qвт
Qн
=2193,4+329=2522,4 (кДж)
16. Витрату нагрітої пари визначаємо за відношенням:
Пн
= Qн
/g, кг Пн
= (кг)
17 Загальна витрата пари:
Пзаг
=Пд
+Пн
, кг Пзаг
=17,41+1,067=18,477 (кг)