Автор: Роман Сидоров
Прислав: Сергій Поляков (kosh_s@mail.ru)
Назва роботи: Вибір і розрахунок коштів за пилогазоочистки повітря
Розрахунково-графічна робота
Здавався в 2000 році в Тверському Державному Технічному Університеті
на кафедрі безпеки життєдіяльності та екології професору Бережному А.С.
Практичне завдання № 4,5
Вибір і розрахунок коштів за пилогазоочистки повітря
Варіант № 16
1. Підібрати циклон, що забезпечує ступінь ефективності очищення газу від пилу не менше = 0.87
Циклони призначені для сухого очищення газів від пилу з середнім розміром частинок 10 ... 20 мкм. Всі практичні завдання з очищення газів від пилу з успіхом вирішуються циклонами НІІОГАЗа: циліндричним серії ЦН і конічним серії СК. Надмірний тиск газів, що надходять у циклон, не повинно перевищувати 2500 Па. Температура газів, щоб уникнути конденсації парів рідини вибирається на 30 ... 50 0 С вище температури точки роси, а за умовами міцності конструкції - не вище 400 0 С. Продуктивність циклону залежить від його діаметру, збільшуючись з ростом останнього. Циліндричні циклони серії ЦН призначені для уловлювання сухого пилу аспіраційних систем. Їх рекомендується використовувати для попереднього очищення газів при початковій запиленості до 400 г / м 3 та встановлювати перед фільтрами і електрофільтрами.
Конічні циклони серії СК, призначені для очищення газів від сажі, володіють підвищеною ефективністю в порівнянні з циклонами типу ЦН за рахунок більшого гідравлічного опору. Вхідна концентрація сажі не повинна перевищувати 50 г / м 3.
Вихідні дані:
кількість очищуваного газу - Q = 1.4 м 3 / с;
щільність газу за робочих умов - = 0,89 кг / м 3;
в'язкість газу - = 22,2 10 -6 Н с / м 2;
щільність частинок пилу - П = 1750 кг / м 3;
щільність пилу - d П = 25 мкм;
дисперсність пилу - lg п = 0,6;
вхідна концентрація пилу - З вх = 80 г / м 3.
Розрахунок: Задаємося типом циклону і визначаємо оптимальну швидкість газу опт, в перетині циклону діаметром Д:
Виберемо циклон ЦН-15, оптимальна швидкість газу, в якому опт = 3,5 м / с.
Визначаємо діаметр циклону, м
Найближчим стандартним перерізом є перетин в 700 мм.
За обраному діаметру знаходимо дійсну швидкість газу в циклоні, м / с
м / с,
де n - число циклонів.
Обчислюємо коефіцієнт гідравлічного опору одиночного циклону:
де К 1 - поправочний коефіцієнт на діаметр циклону;
К 2 - поправочний коефіцієнт на запиленість газу;
500 - Коефіцієнт гідравлічного опору одиночного циклону діаметром 500 мм.
Визначаємо гідравлічний опір циклону:
Па
По таблиці 2.4 визначаємо значення параметрів пилу і lg :
Для вибраного типу циклону - = 4.5 мкм lg = 0.352
З огляду на те, що значення, наведені в таблиці 2.4, визначені за умовами роботи типового циклону (Д т = 0,6 м; пт = 1930 кг / м 3; т = 22,2 10 -6; т = 3 , 5 м / с), необхідно врахувати вплив відхилень умов роботи від типових на величину d 50:
мкм
Розраховуємо параметр x:
за табл. 2.5 знаходимо значення параметра Ф (x):
Ф (x) = 0.8413
Визначаємо ступінь ефективності очищення газу в циклоні:
Розрахункове значення = 0,92 більше необхідної умови = 0,87, таким чином циклон обраний вірно.
Р
ис. 4.1 Циліндричний циклон
1 - корпус
2 - вхідна труба
3 - патрубок
4 - буннер
2. Розрахувати ефективність застосування скрубера Вентурі для очищення від пилу виробничих викидів.
Скрубери Вентурі знайшли найбільше застосування серед апаратів мокрого очищення газів з осадженням частинок пилу на поверхні крапель рідини. Вони забезпечують ефективність очищення 0.96 ... 0.98 на пилях із середнім розміром частинок 1 ... 2 мкм при початковій концентрації пилу до 100 г / м 3. Питома витрата води на зрошення при цьому становить 0.4 ... 0.6 л / м 3.
Вихідні дані:
Забруднювач - конвекторна пил У = 9,88 10 -2; n = 0,4663
Щільність газу в горловині р = 0,9 кг / м 3
Швидкість газу в горловині W р = 135 м / с
Масова витрата газу М г = 0,9 кг / с
Масова витрата орошающей рідини М ж = 0,865 кг / с
Питома витрата рідини m = 1,5 л / м 3
Тиск рідини ж = 300 кПа
Щільність рідини ж = 1000 кг / м 3
Коефіцієнт гідравлічного опору сухий труби - = 0.15
Необхідна ефективність очищення від пилу не менше 0.9
Розрахунок:
Визначаємо гідравлічне опір сухої труби Вентурі,
Розраховуємо гідравлічний опір, обумовлене введенням орошающей рідини,
Н / м 2, де
ж - коефіцієнт гідравлічного опору труби, обумовлений введенням рідини
Знаходимо гідравлічний опір труби Вентурі, Н / м 2
Знаходимо сумарну енергію опору Кт, Па
г
де V ж і V г - об'ємні витрати рідини і газу відповідно, м 3 / с
V ж = М ж / ж = 0,865 / 1000 = 8,65 10 -4 м 3 / с
V г = М г / г = 0,9 / 0,9 = 1 м 3 / с
До т = 10662855 + 300 10 березня (8,65 10 -4 / 1) = 10663114 Па
Визначаємо ефективність скрубера Вентурі
Е
Ффективность скрубера Вентурі, отримана в результаті розрахунків (величина), задовольняє заданій умові, тобто забезпечує очищення газів від пилу з ефективністю не менше 0.9.
Рис. 2.1 Скрубер Вентурі
1 - форсунки
2 - сопло
3 - пиловловлювач
1 = 28 ;
2 = 8 ; l 2 = 0.15 d 2;
3. Визначити розміри, енерговитрати і час захисної дії адсорбера для уловлювання парів етилового спирту, що видаляються місцевим відсмоктуванням від установки знежирення за умови безперервної роботи протягом 8 годин.
Метод адсорбції заснований на фізичних властивостях деяких твердих тіл з ультрамікроскопічний структурою селективно витягувати і концентрувати на своїй поверхні окремі компоненти з газового середовища. При розрахунку визначають необхідну кількість сорбенту, тривалість процесу поглинання, розміри адсорбційної апаратури та енергетичні витрати.
Вихідні дані:
Продуктивність місцевого відсмоктування - L м = 250 м 3 / год
Початкова концентрація спирту - З о = 11 г / м 3
Температура в адсорбері - t р = 20 о С
Тиск у адсорбері - Р = 9.8 * 10 4 Н / м 2
Щільність пароповітряної суміші - г = 1.2 кг / м 3
В'язкість пароповітряної суміші - = 0.15 * 10 -4 м 2 / с
Діаметр гранул поглинача (активоване вугілля) - d = 3 мм
Довжина гранул - l = 5мм
Насипна щільність - н = 500 кг / м 3
Позірна щільність - к = 800 кг / м 3
Ефективність процесу очищення = 0,99
За ізотермі адсорбції (рис. 3.1) і заданої величині С о, г / м 3, знаходимо статичну ємність сорбенту: 0 = 175 г / кг
Визначаємо вагова кількість очищуваного газу:
кг / с
Переводимо вагову статичну ємність сорбенту 0, в об'ємну 0 ':
кг / м 3
Визначаємо масу сорбенту:
, Кг,
де К = 1.1 ... 1.2 - коеф. запасу;
- тривалість процесу сорбції, с.
Вибираємо швидкість потоку газу в адсорбері W, м / с. Зазвичай фіктивна швидкість пароповітряної суміші або швидкість, розрахована на повний переріз шару, вибирається в межах 0.1 ... 0.25 м / с. Виберемо W = 0.2 м / с.
6. Визначаємо геометричні розміри адсорбера. Для циліндричного апарату:
- Діаметр м
довжина (висота) шару адсорбенту
м
Знаходимо пористість сорбенту
Розраховуємо еквівалентний діаметр зерна сорбенту:
м
9. Коефіцієнт тертя знаходимо в залежності від характеру руху
при R e <50 = 220 / R e
при R e 50 = 11.6 / R e 0.25,
де - критерій Рейнольдса
звідки: = 220 / R e = 220/49 = 4.5
Визначаємо гідравлічний опір, який чиниться шаром зернистого поглинача при проходженні через нього потоку очищуваного газу
, Де Ф = 0.9 - коефіцієнт форми
Визначаємо коефіцієнт молекулярної дифузії парів етилового спирту в повітрі при заданих умовах: Д 0 = 0,101 10 -4 при Т 0 = 273 К і Р 0 = 9,8 10 квітня Па:
Знаходимо дифузійний критерій Прантль
Для заданого режиму течії газу (визначається значенням R е) обчислюємо величину коефіцієнта масопередачі для одиничної питомої поверхні, м / с
при R е
при R е> 30
тому що в нашому випадку R e = 49, то
За ізотермі адсорбції (рис 2.1) знаходимо:
- Кількість речовини, максимально сорбуємість поглиначем при даній температурі а = 175 г / кг
- Величину концентрації поглинається речовини на вході в адсорбер З х = 2,5 г / м 3
Розраховуємо питому поверхню адсорбенту:
м 2 / м 3
Визначаємо концентрацію парів етилового спирту на виході з апарату:
, Де - ефективність очищення
Знаходимо тривалість захисної дії адсорбера:
Отримані в результаті розрахунку параметри забезпечують заданий режим роботи адсорбера протягом більш ніж 8 годин. З метою економії адсорбенту можна зменшити висоту його шару.
Р
ис. 3.1. Адсорбер вертикальний
труба для введення газу
шар пористого сорбенту
труба для видалення чистого газу
барбатер
5. труба для виходу пари
Список використаних джерел
Безпека життєдіяльності: Уч. посібник під ред. Бережного С.А. та ін - К.: ТДТУ, 1996.
Бережний С.А., Сєдов Ю.С. Збірник типових розрахунків та завдань з екології: Уч. посібник. - К.: ТДТУ, 1999.