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分子筛吸附器的计算
例:常温下综合净除空气中 H2O和CO2的分子筛
吸附器的计算。
设计参数:加工空气量270Nm3/h
工作压力2500kPa 工作温度303K
吸附剂5A分子筛,直径3~5mm。 净化要求:CO2<2ppm
H2O露点在213K以下
工作周期8h 再生温度:吸附器进口>523K,
吸附器出口>423K。
计算内容
1. 所需分子筛质量的计算
2. 分子筛吸附器容积的确定
3. 再生过程计算(加热、冷却)
4. 加热炉功率的计算
1. 分子筛需要量的计算
? 吸咐水蒸汽所需的分子筛量
在温度303K,压力2500kPa的空气
中所含的饱和水蒸汽量为
d =1.2×10?3 /
kg kg
加工空气中所含的水蒸汽量
G
H O
2
=
V d
ρ
0
=
270 3
× × × ?
1.293 1.2 10270 3
=
0.419kg / h
水分吸附量一般为10~14%,取12%。
则吸附水分所需要的分子筛量
(M
0.419
S 3.5 /
) kg
H O
= =
0.12
2
h
1. 分子筛需要量的计算
? 吸附二氧化碳所需的分子筛量
大气中二氧化碳浓度为300~400ppm,平均取
350ppm。加工空气中所含的二氧化碳量为
GCO 270 1.976 (350 10 ) 0.187 /
= ρ × ? =
V d kg = × × 6
0 CO2
2
h
二氧化碳吸附量(重量百分比)一般为1~3%,
取1.5%。则吸附二氧化碳所需的分子筛量为
(M
0.187
) kg
= =
S 12.5 /
CO
0.015
2
h
1. 分子筛需要量的计算
? 单位时间内同时吸附水蒸汽、二氧化碳所需
的分子筛量MS
GCO ( ) ( ) 3.5 12.5 16 /
= = + = + =
M M M kg
S S H O S CO
2 2 2
h
每班(8h)需要量MSZ
M
SZ = =16×8 =128
M TSZ = =16×8 =128
S
kg
考虑加工空气量的变动和经再生后吸附能力下降,
取备用系数30%,则实际所需的分子筛总量M
M M kg
= SZ ×130% =128×1.3 =166
2. 分子筛吸附器容积的确定
? 吸附器直径:工作条件下实际空气体积
PT 0.1 303
×
VT 12 /
= 0 270 = 3
V m
0
=
PT 2.5 273
×
0
h
考虑气量有20%的变动,容器内气体线速度w
(空塔速度)取为0.04m/s,则容器的直径为
4 =
V 1.2 4 12 1.2
× × ×
D T 0.375
= =
3600 w 3600 3.14 0.04
π × ×
m
2. 分子筛吸附器容积的确定
分子筛所占容积Vf:5A球形分子筛的堆密度为
780kg/m3,166kg球形分子筛所占容积为
V
166
f = =
780
0.213
3
m
床层高度
h
=
V
0.213
f = = 0.213
π
0.785 0.357
× 2
2
D
4
m
容器的径高比
h 中压流程3~5
2.13 =
=
6
D 0.357
3. 再生过程计算
? 再生热量计算
Q Q Q Q Q Q C = 1 + 2 + 3 + 4 + 5
C = 1 + 2 + 3 + 4 + 5
kJ
Q1 吸附器本身的显热
Q2 分子筛的显热
Q3 水和二氧化碳的显热
Q4 水和二氧化碳的脱附热
Q5 热损失
3. 再生过程计算
C = 1 + 2 + 3 + 4 + 5
? 再生热量计算 Q Q Q Q Q Q kJ
Q1:吸附器本身的显热,也就是加热吸附器的
热量。钢从常温加热到473K的平均比热,
一只筒体加上管道法兰,估算质量为 250kg,则
4
Q mC T T
1 = ( ? ) = 250×0.50×(473?303) = 2.13×10
m 2 1
kJ
Q2:分子筛显热。
球形分子筛由常温加热到473K,平均比热
0.88kJ/kg.K,则
4
Q mC T T
2 = ( ? ) =166×0.88×(473?303) = 2.48×10
m 2 1
kJ
3. 再生过程计算
Q3:水和二氧化碳的显热,即水分和二氧化碳加
热所需的热量。
在加热再生时,二氧化碳比水容易挥发,为
简化热量计算,可把二氧化碳看成是水;其 次设想脱附温度接近373K(100℃沸点),
m = 水的比热 C 4.19kJ /(kg.K)
则
Q
3
=
m
H O CO
+
2 2
C
m
(T
2
?
T )
1
= × + × × ?
166 (0.12 0.015) 4.19 (373 303)
=
0.66
×
10
4
kJ
3. 再生过程计算
Q4:水和
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