где ЕАН − емкость адсорбента в насыщении в данных условиях; р_v − парциальное давление паров толуола, Па.

Повышение температуры снижает емкость, повышение давления увеличивает ее. В литературе имеются изотермы для многих систем поглощаемая примесь − адсорбент.

При проектировании адсорберов принято вводить фактор запаса к теоретической емкости, чтобы учесть возможные отклонения от равновесия при работе. Этот фактор может меняться в широких пределах, хотя значение 0,5 является типичным. Например, используя уравнение (2.1.72), получим, что при давлении паров толуола р_v = 133 Па емкость ЕАН равна 0,307 кг на
1 кг угля. Однако при проектировании эту цифру следует уменьшить до 0,154. Последнее значение называют рабочей емкостью адсорбента РЕА, т.е.
РЕА = 0,154.

Таким образом, потребное количество угля можно определить делением объема потока (кгч) на РЕА. Однако, чтобы определить общее количество угля, требуемое для адсорбционной системы, полученное частное надо умножить на число адсорберов в системе. Необходимо не менее двух адсорберов. Пока один улавливает примесь, второй, уже насыщенный, регенерируется противотоком пара или горячего воздуха. Смесь пара и примеси направляется в конденсатор, сжижается, слой органической жидкости отфильтровывается, направляется на рециркуляцию или на продажу, если обладает достаточной ценностью.

Заметим, что выше потребность в угле рассчитывалась в единицах
масса  время^-1. Однако поскольку адсорбция − операция периодическая, чтобы получить цифру полного количества требуемого угля, необходимо ввести величину некоторого интервала времени. Этот интервал называется временем адсорбции, которое может варьироваться от минут до часов, хотя типичным значением является 1 ч. Такое время проходит между включением адсорбера в линию и достижением насыщения. Другая переменная, которую следует учитывать, - это время регенерации, т. е. время, необходимое для десорбции уловленной примеси. Обычно оно меньше времени адсорбции, однако может быть и больше, и тогда требуются три адсорбера. При этом, если при проектировании брать за основу большее из этих времен, то все же можно рассматривать двухаппаратную систему.

Тогда требуемая масса угля W_у [кг] вычисляется по следующей формуле:

, кг, (2.1.73)

где G_п − массовая скорость потока примеси, кг/ч; _а,р − время адсорбции или регенерации (большая из этих величин), ч.

Из этого уравнения следует, что для двухаппаратной системы с рассчитанным выше значением РЕА при потоке толуола 45,3 кг/ч времени адсорбции 1 ч требуется около 590 кг угля.

Масса угля − это параметр для определения стоимости адсорбера. В зависимости от размера адсорберы можно изготавливать в виде одноразового модуля или перезаряжаемого аппарата. Первые используют в коммунальном хозяйстве и маломасштабных промышленных процессах, вторые - в крупномасштабных процессах. Первые имеют емкость до 4530 кг угля, вторые более емкие.

Стоимость адсорберов-упаковок (одноразовых модулей) вычисляется из уравнения:

при 113  W_у  4536 (кг)

, у.е. (2.1.74)

Стоимость в выражении (2.1.74) учитывает стоимость адсорбера, изготовленного из углеродистой стали, угля, вентилятора, органов управления и регенератора адсорбента.

Стоимость адсорберов-аппаратов (перезаряжаемых аппаратов) вычисляется из уравнения:

при 4536  W_у  90720 (кг)

, у.е. (2.1.75)

Стоимость в выражении (2.1.75) учитывает стоимость адсорбера, изготовленного из углеродистой стали, и органов управления.

Если в качестве материала для адсорбера требуется другой металл, то вводится поправочный множитель F_m, аналогичный рассмотренному в
разд. 2.1.16.

Стоимости других устройств и угля должны быть подсчитаны дополнительно. В среднем можно принять, что стоимость угля равна 3 у.е. за
1 кг.

Уголь может быть регенерирован ограниченное число раз, после чего подлежит замене. Стоимость замены угля зависит от исходной его цены, продолжительности службы и значения процентной ставки:

Стоимость замены = С_у ∙ ФВК , (2.1.76)

где ФВК − фактор возмещения капитала. Обычный срок службы угля − пять лет.

Адсорбционная система потребляет горячий пар для регенерации, охлаждающую воду для конденсаторов и энергию для преодоления перепада давления на адсорбере и остальных узлах системы.

Практика показывает, что расход пара составляет 4 кг на 1 кг уловленной примеси. Эта величина учитывает количество пара, необходимого для нагрева уловленного вещества до точки кипения и испарения, а также для нагрева угля, аппарата и т. д. Стоимость пара зависит от того, генерируется ли он на месте или поступает за оплату со стороны.

Потребность в воде прямо пропорциональна потребности в паре, поскольку она отражает количество теплоты, выделяющейся при конденсации паро-газовой смеси. Это количество также зависит от допустимого повышения температуры Т в конденсаторе, которое, в свою очередь, определяется источником охлаждающей воды, от доступности средств охлаждения и т. п. Обычное значение Т = 11 К. В этом случае расход воды равен 50 кг на 1 кг пара.

Перепад давления на адсорбере определяется скоростью газа, толщиной слоя угля, свойствами адсорбента. В большинстве процессов улавливания, осуществляемых при давлении, близком к атмосферному, типичное значение скорости газа v_г = 0,5 м/с. При этой скорости толщину слоя адсорбента Z_a [м] можно рассчитать как частное от деления объема адсорбента на площадь сечения адсорбента по формуле

, м, (2.1.77)

где Q − поток газа через слой, м³/с; _у − насыпная плотность адсорбента, кг/м³.

Например, при массе угля 590 кг, потоке газа 0,71 м³/с и типичной
_у = 385 кг/м³ толщина слоя равна 0,44 м.

Зависимость перепада давления на адсорбере р_а [Па] имеет вид

. (2.1.78)

Тогда при скорости газа v_г = 0,508 м/с и толщине слоя Z_a = 0,44 м перепад давления составляет р_а = 2500 Па.

На стоимость услуг и других позиций влияет продажа уловленного продукта. Во многих случаях такое возмещение затрат может значительно перекрыть стоимость эксплуатации, и адсорбер принесет доход.

3. ОЦЕНКА ЗАТРАТ НА ЗАЩИТУ ГИДРОСФЕРЫ

3.1. Оценки затрат при фильтровании сточных вод

3.1.1. Микрофильтрация

Микрофильтрация − процесс очистки сточных вод от взвешенных частиц на микрофильтре.

Капитальные (К) и эксплуатационные (С) затраты на процесс микрофильтрации в зависимости от объемного расхода V сточных вод представлены на рис. 3.1.1 кривыми 1.

Рис.3.1.1. Оценки затрат при фильтровании сточных вод

Здесь учитывается стоимость процесса микрофильтрации, включая стоимость оборудования и трубопроводов без учета стоимости конструкций для укрытия микрофильтров.

Уравнения, выражающие капитальные и эксплуатационные затраты, имеют вид

, млн. у.е.; (3.1.1)

, у.е. за 378,5 м³ сточных вод, (3.1.2)

где V − объемный расход сточных вод, м³/день.

3.1.2. Фильтрование смешанных суспензий

Капитальные (К) и эксплуатационные (С) затраты на процесс фильтрования в зависимости от объемного расхода V сточных вод представлены на рис. 3.1.1 кривыми 2.

Здесь учитывается стоимость процесса фильтрования со скоростью 0,00272 м/с.

Уравнения, выражающие капитальные и эксплуатационные затраты, имеют вид

, млн. у.е.; (3.1.3)

, у.е. за 378,5 м³ сточных вод, (3.1.4)

где V − объемный расход сточных вод, м³/день.

3.2. Оценки затрат при адсорбции сточных вод
активированными углями

3.2.1. Адсорбция в качестве стадии доочистки

Капитальные (К) и эксплуатационные (С) затраты на процесс доочистки сточных вод адсорбцией на активированных углях в зависимости от объемного расхода V сточных вод представлены на рис. 3.2.1 кривыми 1.

Р

К,
млн. у.е.

С,
у.е. за 378,5 м³ сточных вод

V/3785, м³/день сточных вод

ис. 3.2.1. Оценки затрат при адсорбции сточных вод
активированными углями

Здесь учитываются стоимости: процесса адсорбции в течение 40 мин, процесса регенерации активированного угля, подпитки активированного угля и электромагнитных пускателей, регулирующих давление в системе.

Уравнения, выражающие капитальные и эксплуатационные затраты, имеют вид

, млн. у.е.; (3.2.1)

, у.е. за 378,5 м³ сточных вод, (3.2.2)

где V − объемный расход сточных вод, м³/день.

3.2.2. Адсорбция с эффективностью очистки 95 %

Капитальные (К) и эксплуатационные (С) затраты на процесс адсорбции на активированных углях сточных вод с эффективностью 95% в зависимости от объемного расхода V сточных вод представлены на рис. 3.2.1 кривыми 2.

Здесь учитываются стоимости: процесса адсорбции в течение 40 мин., процесса регенерации активированного угля, подпитки активированного угля и электромагнитных пускателей, регулирующих давление в системе.

Уравнения, выражающие капитальные и эксплуатационные затраты, имеют вид

, млн. у.е.; (3.2.3)

, у.е. за 378,5 м³ сточных вод, (3.2.4)