Спроектироватьустановку регенерациитрансформаторных масел по типу УРТМ-200

 

y

 

 

Рисунок 5 – Области изотермы адсорбции

4) Прозрачность слоя адсорбента в расчетах принимается ε = 0,375, тогда d_э для цилиндрических гранул диаметром d и l определяется по следующему уравнению:

 

 

5) Определяем площадь поперечного сечения шихты, через которую проходит газовая смесь, м²:

 

 

 

В расчетах D_нар, D_вн, Н принимаются равными 3 м, 1,6 м и 5 м соответственно.

6) Рассчитываем фиктивную скорость газовой смеси в адсорбере, м/с:

 

 

 

Скорость  потока больше 0,3 м/c нецелесообразна вследствие возрастания гидравлического сопротивления при Re > 20 – 30. При необходимости уменьшения скорости следует заложить в расчет большую высоту концентрических решеток.

7) Определяем критерий Рейнольдса по уравнению:

 

 

 

где ω – фиктивная скорость газовой смеси, м/с;

      ρ_y – плотность газовой смеси, кг/м³;

      μ_y – вязкость газовой смеси, Па^. С;

Плотность и вязкость газовой смеси в  расчетах принимаем по маслу при t=400⁰C: ρ_y = 634 кг/м³; μ_y = 3,1 сСт.

8) Рассчитываем коэффициент диффузии в газовой фазе:

 

при t=0 ⁰C

 

 

где ϑ –мольный объем, см³/моль, определяем как

 

 

 

М_а = М₁ – молярная масса адсорбтива, г/моль;

ρ_а = ρ₁ – плотность адсорбтива, г/моль;

М_b = М₂ – молярная масса масла, г/моль;

ρ_b = ρ₂ – плотность масла, г/см³;

Р – общее давление в адсорбере (принимается атмосферное давление), бар;

 

при t=400 ⁰C

 

 

 

9) Определяем диффузионный критерий Прандтля по уравнению

 

 

 

10) Определяем по уравнению диффузионный критерий Нуссельта:

 

 

 

11) Рассчитываем объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе по уравнению

 

 

12) Продолжительность адсорбции рассчитываем по уравнению

 

 

 

8.2 Расчет адсорбера периодического действия

 

Рассчитывается  адсорбер периодического действия для  улавливания паров адсорбтива из газовой фазы адсорбентом, работающего по двухфазному циклу при следующих условиях:

 

1	Расход газовой смеси G = 775 м3/ч
2	Температура газовой смеси  t = 400 0C
3	Давление насыщенных паров адсорбтива pн2, мм рт. ст.
4	Давление насыщенных паров бензола рн1 = 75 мм рт. ст.
5	Начальная концентрация адсорбтива в смеси ун =0,1 кг/м3
6	Допустимая концентрация адсорбтива за слоем адсорбента ук = 0,004 кг/м3
7	Плотность адсорбтива ρ1 ,г/см3
8	Плотность масла ρ2 = 0,8225 г/см3
9	Молярная масса адсорбтива М1, г/моль
10	Молярная масса масла М2 = 450 г/моль
11	Коэффициент аффинности β
12	Длина цилиндрических гранул адсорбтива l =5,3 мм
13	Диаметр гранул адсорбента  d = 3,2 мм
14	Марка адсорбента СКТ

При проектировании аппарата периодического действия задаются одной из двух взаимосвязанных  величин – высотой слоя (для  кольцевого адсорбера – толщина  слоя) или продолжительностью фазы адсорбции.

В кольцевом адсорбере толщина  слоя адсорбента определяется размерами  концентрических решеток (D_нар, м; D_вн, м; высота решетки H, м), заключающих угольную шиху. Высота (толщина) слоя адсорбента определяется по формуле L =(D_нар - D_вн)/2, м.

 

L=(D_нар - D_вн)/2=(3 – 1,6) / 2 = 0,7 м

 

Эта высота значительно превышает высоту работающего слоя (зоны массопередачи), что исключает возможность проскока адсорбтива. Высота слоя, большая высота зоны массопередачи, определяет только его гидравлическое сопротивление и необходимую продолжительность  стадии адсорбции.

Высота  решеток, обеспечивающая сечение, через  которое проходит исходная смесь, определяется производительностью аппарата и  скоростью газового потока. Большая  высота концентрических решеток  обеспечивает уменьшение скорости потока газовой смеси. Скорость потока больше 0,3 м/с нецелесообразна вследствие возрастания гидравлического сопротивления при Re > 20 – 30.

1) Пользуясь равновесными значениями х₁ и у₁ по адсорбции бензола (стандартное вещество) на активном угле, рассчитываем соответствующие значения х₂ и у₂ для выбранного адсорбтива по следующим уравнениям, кг/м³:

=

 

lg y2=lg yн2 – β

 

где Т₁ = Т₂ – температура, К; у_н1 и у_н2 – концентрации поглощаемого компонента в газовой фазе, соответствующие условиям насыщения, кг/м³. В расчете у_н1 соответствует концентрации бензола, а у_н2 – концентрации адсорбтива. Эти величины определяются по уравнению газового состояния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как Т₁ = Т₂, то        lg y₂ = lg y_н2 – β lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y₂¹= 0,000000000087 = 0,000087 10^-6 кг/м³

y₂²= 0,00000000024 = 0,00024 10^-6  кг/м³

y₂³ = 0,0000000087 = 0,0087 10^-6 кг/м³

y₂⁴ = 0,00000022 = 0,22 10^-6  кг/м³

y₂⁵ = 0,000002 = 2 10^-6 кг/м³

y₂⁶ = 0,0000034 = 3,4 10^-6 кг/м³

y₂⁷ = 0,0000072 = 7,7 10^-6 кг/м³

y₂⁸ = 0,0000079 =7,9 10^-6 кг/м³

1. Результаты расчета равновесных данных для системы газовая фаза (масло + адсорбтив) – активный уголь сводятся в таблицу

 

у1 10-3 бензола, кг/м3	х1 бензола, кг/м3	у2 10-6 адсорбтива, кг/м3	х2 адсорбтива, кг/м3
0,085 0,213 0,850 4,270 12,805 17,060 24,400 25,610	60,0 125,6 174,0 178,0 185,1 188,0 193,4 198,0	0,000087 0,00024 0,0087 0,22 2 3,4 7,7 7,9	30,0 62,8 87,0 89,0 92,55 94,0 96,7 99,0

 

3) По полученным данным строим изотерму адсорбции. По изотерме, зная у_н определяем х_н, кг/м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х_н = 87,0 кг/м³

4) Прозрачность слоя адсорбента в расчетах принимается =0,375, тогда d_э для цилиндрических гранул диаметром d и l определяется по следующему уравнению:

 

 

5) Определяем площадь поперечного сечения шихты, через которую проходит газовая смесь, м² :

 

 

 

 

 

В расчетах D_нар , D_вн , Н принимаются равными 3 м, 1,6 м и 5 м соответственно.

6) Рассчитываем фиктивную скорость газовой смеси в адсорбере, м/с:

 

 

7) Определяем критерий Рейнольдса по уравнению:

 

 

 

Плотность и вязкость газовой смеси в  расчетах принимаем по маслу при t=400⁰C: 634 кг/м³ ; 3,1 сСт = 3,1 10^-6 Па∙с

 

 

 

8) Рассчитываем коэффициент диффузии в газовой фазе:

при t=0 ⁰C

 

гдe

 

 

Р = атм = 10^-5 бар;

 

 

при t=400 ⁰C

 

 

 

9) Определяем диффузионный критерий Прандтля по уравнению

 

 

 

10) Определяем по уравнению диффузионный критерий Нуссельта:

 

 

 

11) Рассчитываем объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе по уравнению

 

 

12) Продолжительность адсорбции рассчитываем по уравнению

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте были рассмотрены  системы обеспечения безотходных  или малоотходных технологий на предприятиях нефтегазового комплекса различного профиля.

Была  рассмотрена и спроектирована установка для регенерации трансформаторных масел по типу УРТМ-200  произведен расчет адсорбера периодического действия в составе установки.

По  изотерме адсорбции определили х_н = 87,0 кг/м³.

Продолжительность адсорбции τ = 1,2 суток.

Такое значение продолжительности адсорбции τ не является действительным на производстве, потому что работа адсорбера составляет несколько месяцев. Полученное значение зависит от некоторых параметров: ω, х_н, которые могут повлиять на данный результат.

Чем больше значение ω, тем меньше продолжительность адсорбции. Следовательно, необходимо уменьшить скорость газового потока ω.

Чем больше значение х_н, тем выше продолжительность адсорбции. Значит нужно увеличить х_н.

Также на полученные значения влияют размер цилиндрических гранул адсорбента, размеры  концентрических решеток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1 Монастырский   А.Е. Регенерация, сушка и дегазация трансформаторного масла. Санкт-Петербург: ПЭИПК, 2002-40 с.

2 Насырова  Л.А., Ягафарова Г.Г. учебно-методическое  пособие к выполнению курсового  проекта по дисциплине «Основы  безотходных производств». Уфа: 2006-С.

3 Шашкин  П.И. Регенерация отработанных  нефтяных масел /Шашкин П.И., Брай И.В. М.: "Химия", 1970-С.

4 http://eco-profi.info/othod/instr/606-instr-5410020002000-1.html

5 http://www.irkidei.ru/022tehnologii/34.htm