分子筛吸附器设计.doc

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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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