Вивчення схеми технологічного процесу очищення стічних вод від ізобутанолу та розрахунок окремих її елементів

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 V_n 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 П_заг складається з витрати динамічної ї пари П_д, та витрати нагрівної пари П_н, тобто

П_заг=П_д+П_н

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 Q_НС і теплоти на компенсацію теплових втрат Q_ВТ 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:

V_ф=H·f,м³ V_ф=2,4·11,335=27,204 (м³)

9. Об'єм міжзернового простору дорівнює:

V_n=V_ф·ρ,м³ V_n=27,204·0,48=13,058 (м³)

де ρ - порозность вугілля, %; ρ=48

10. Визначаємо мінімальний об'єм розчинника в системі, як

V_p=V_n+V₁+V₂+V₃+V₄ V_p=13,1+0,8+1,1+4,2+5,2=24,4

11. Об'єм розчинника, що надходить в адсорбційну колону дорівнює

V_pк=V_n+V₁ V_pк=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

П_д=0,8·γ·V_ф,т П_д=0,8·0,8·27,204=17,41 (т)

13. Витрати теплоти на нагрівання сорбенту будуть дорівнювати:

Q_нс=γ·V_ф·(100-20)·1,26,кДж Q_нс=0,8·27,204·(100-20)·1,26=2193,4 (кДж)

14. Теплові втрати дорівнюють приблизно 15% від Q_нс, тобто

Q_вт=0,15Q_нс, кДж Q_вт=0,15·2193,4=329 (кДж)

15. Сумарна потреба тепла Q_н на нагрівання системи дорівнює:

Q_н=Q_нс+Q_вт Q_н=2193,4+329=2522,4 (кДж)

16. Витрату нагрітої пари визначаємо за відношенням:

П_н= Q_н/g, кг П_н= (кг)

17 Загальна витрата пари:

П_заг=П_д+П_н, кг П_заг=17,41+1,067=18,477 (кг)