Технологический факультет

Кафедра технологии и оборудования производства

Жиров и эфирных масел

КУРСОВАЯ РАБОТА На тему: усовершенствование конструкции адсорбера.

Симферополь – 2009

Содержание.

Введение

Описание адсорбера

Технологический расчет

Охрана труда и экология

Заключение

Список использованной литературы

Введение.

Адсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых смесей или растворенных веществ из растворов твердыми поглотителями – адсорбентами. Поглощаемое вещество называется адсорбтивом.

Характерная особенность процесса адсорбции – избирательность и обратимость. Благодаря обратимости процесса возможно поглощение из парогазовых смесей или растворов одного или нескольких компонентов, а затем в определенных условиях выделение их из адсорбента.

Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией. 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.

В пищевой технологии адсорбцию используют для очистки диффузионного сока и сахарных сиропов в сахарном производстве, осветления пива и фруктовых соков, очистки от органических и других соединений спирта, водки, коньяка и вин, сиропов в крахмало-паточном производстве и др.

Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция имеет место при взаимном притяжении молекул адсорбтива и адсорбента под действием сил Ван-дер-Ваальса. При физической адсорбции не возникает химического взаимодействия адсорбированного газа с адсорбентом.

При поглощении паров адсорбция может сопровождаться конденсацией паров, при этом поры адсорбента заполняются жидкостью – происходит капиллярная конденсация, которая возникает вследствие снижения давления пара над вогнутым мениском жидкости в капиллярах адсорбента.

Химическая адсорбция, или хемосорбция, характеризуется образованием химической связи между молекулами поглощенного вещества и молекулами адсорбента, что является результатом химической реакции.

В разработке процессов адсорбции большая роль принадлежит ученым Т. Ловицу, обнаружившему в 1785 г. адсорбционные свойства активного угля, Н. Зелинскому, создавшему в 1915 г. первый угольный противогаз, А. Шилову, теоретически обобщившему закономерности адсорбции.

В пищевых производствах широко используют следующие адсорбенты: активные угли, силикагели (гель кремниевой кислоты), алюмогели (гидроокись алюминия), цеолиты, глины и другие природные адсорбенты. Адсорбенты, которые непосредственно контактируют с продуктами, должны быть биологически безвредными, т. е. они должны быть нетоксичными и прочными, не засорять продукт.

Адсорбенты характеризуются большой удельной поверхностью, отнесенной к единице массы вещества. Они имеют различные по диаметру поры, которые можно разделить на макропоры (более 2*10-4 мм), переходные поры (6*10-6-2*10-4) и микропоры размером от 2*10-6 до 6*10-6 мм. От размера пор в большой степени зависит характер адсорбции. При адсорбции возможно образование слоев молекул поглощенного вещества толщиной в одну молекулу (мономолекулярная адсорбция), толщиной в несколько молекул. Так называемая полимолекулярная адсорбция.

Адсорбенты характеризуются поглотительной способностью (активностью), определяемой количеством вещества, поглощенного единицей массы или объема адсорбента.

Различают статическую и динамическую поглотительную способность. Статическая поглотительная способность определяется максимально возможным количеством вещества, поглощенного единицей массы (объема) адсорбента.

Динамическая поглотительная способность определяется при пропускании адсорбтива через слой адсорбента и определяется количеством вещества, поглощенного единицей массы (объема) адсорбента от начала адсорбции до «проскока» адсорбтива через слой адсорбента.

Максимальная поглотительная способность адсорбента при определенной температуре, давлении и концентрации адсорбируемого вещества называется равновесной активностью. В промышленности используют адсорбенты в виде гранул размером 2-7 мм либо в порошкообразном состоянии с размером частиц 50-200 мкм.

Активные угли Получают при сухой перегонке углесодержащих веществ, таких, как дерево, торф, кости и др. Активирование проводят в основном прокаливанием углей при температурах свыше 9000С.

В спиртовом и ликеро-водочном производствах используют активные угли растительного происхождения (березовый БАУ, буковый).

Удельная площадь поверхности активных углей составляет 600-1750 м2/г, насыпная плотность – 250-450 кг/м3, объем микропор – 0,23-0,6 см3/г. Они отличаются низким содержанием золы (менее 8%).

Эффективность адсорбционной очистки во многом определяется пористой структурой адсорбента, решающая роль принадлежит микропорам. Рекомендуется применять угли с предельным объемом адсорбционного пространства 0,3 см3/г. Размеры микропор определяют скорость каталитических реакций в адсорбированной фазе. Оптимальными являются активные угли с размером микропор 0,8-10 мкм.

Описание абсорбера.

Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем является адсорбером непрерывного действия. Он представляет собой колонну, в которой расположены газораспределительные решетки с переливными патрубками, служащими одновременно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верхнюю часть адсорбера и перетекает с верхней тарелки на нижнюю. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовый затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсорбер снизу и удаляется через верхний патрубок.

Многоступенчатый адсорбер отличается от одноступенчатого тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытеснения, что позволяет проводить процесс адсорбции в противотоке.

Применяют установки с адсорбцией с псевдоожиженным слоем и десорбцией в движущемся слое адсорбента.

Усовершенствованием в конструкции адсорбера является снижение металлоемкости, а также повышение выхода за счет того, что адсорбент в адсорбере распологается по тарелкам.

Технологический расчет.

При расчете непрерывнодействующих адсорберов определяют высоту колонны, рабочий объем, диаметр и число тарелок.

Высоту адсорбера определяют по основному уравнению массопередачи, которое записывается так:

Vadx=KyF∆yсрd =KyVa ∆yсрd ,

Где Va - масса адсорбента в адсорбере, кг;

- удельная площадь поверхности адсорбента в условиях проведения процесса, м2/кг.

Тогда dx/d = Ky∆yср, (1)

Запишем материальный баланс процесса за промежуток d. За это время в адсорбер поступает dL количества адсорбента и такое же количество отводится. При этом концентрация x изменяется на dx за счет поступления свежего адсорбента:

Va(xk-dx)=(Va –dL)xk+xndL, (2)

Где xk - концентрация адсорбтива в адсорбенте, находящемся в адсорбере;

xn - концентрация адсорбтива в поступающем в адсорбер адсорбенте.

Из уравнения (2) получим

Vadx=(xk-xn)dL, (3)

Где dL=Ld

Отсюда

Dx/d =(L/Va) (xk-xn), (4)

При xn=0

Dx/d =L/(Vaxk), (5)

Сравнивая уравнения (1) и (5), получим

Ky ∆yср= L/(Vaxk)

Отсюда рабочий объем асорбера:

Va=L(xk/ ∆yср) (1/ Ky (6)

Время пребывания адсорбента в адсорбере с учетом, что

=Va/L

=1/ (Ky ) (xk/∆yср), (7)

Где ∆yср=y-yk/dy

yn, yk - начальная и конечная концентрации адсорбтива в газовой смеси

Yp - равновесная концентрация.

Диаметр адсорбера определяется по уравнению

D=√V/0.785V0

Высота адсорбента в адсорбере

H=Va/0.785D2 n, (8)

Число тарелок в тарельчатых адсорберах с псевдоожиженным слоем:

n =H/ht,

Где ht - высота слоя адсорбента на тарелке (ht можно принимать равной 50 мм).