Практические работы по промышленной экологии
Скачать 1.03 Mb.
|
1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; 4 – оросительное устройство;5–каплеуловительРис. 1. Схема скруббера ВентуриТруба Вентури состоит из конфузора 1, служащего для увеличения скорости газа, оросительного устройства 4, горловины 2, в которой происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора 3, в котором протекают процессы коагуляции. В каплеуловителе 5 благодаря тангенциальному вводу газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама. Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью η = 96-98% на пылях со средним размером частиц 1-2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (до 0,01 мкм) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе – от 0,05 до 100 г/м3. При работе в режиме тонкой очистки скорость газов в горловине должна поддерживаться в пределах 100-150 м/с. Расчет эффективности очистки мокрых пылеуловителей наиболее часто проводят на основе энергетического метода. Главным энергетическим параметром мокрого пылеуловителя является суммарная энергия соприкосновения Кт, т.е. расход энергии на обработку жидкостью определенного объема газов в единицу времени. Численную величину этого параметра определяют из следующего выражения, (кДж/1000 м3 газа): , (1) где Δр – гидравлическое сопротивление аппарата, Па; рж – давление распыляемой жидкости на входе в аппарат, Па; Vж и Vг – объемные расходы жидкости и газа, соответственно, м3/с. В соответствии с энергетическим методом расчета эффективность очистки мокрого пылеуловителя может быть определена по формуле: , (2) где В и - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли. При высоких степенях очистки оценку эффективности работы аппарата удобнее выражать не эффективностью очистки η, а числом единиц переноса Nч – понятием, используемым в теории тепло- и массообмена, связанным с η следующей зависимостью: . (3) Из сопоставления выражений (2) и (3) следует, что: . (4) Энергетический подход упрощает расчет эффективности мокрых пылеуловителей и дает результаты, подтверждаемые опытом работы промышленных аппаратов. Порядок расчета скруббера Вентури 1. Определяется необходимая эффективность η работы аппарата: , (5) где Сн – начальная концентрация пыли в газе, мг/м3; Ск – конечная концентрация пыли в газе, мг/м3. 2. По формуле (3) определяется число единиц переноса. 3. Используя выражение (4) определяется удельная энергия КТ, затрачиваемая на пылеулавливание. 4. Определяется общее гидравлическое сопротивление Δр скруббера Вентури: , (6) где m – удельный расход на орошение, принимаем m = 0,0012 м3/м3. 5. Определяется плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях , кг/м3: . (7) 6. Определяется объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях V1, м3/с: . (8) 7. Определяется расход орошающей воды Мж, кг/с: Мж= V1 m . (9) 8. Определяется температура газов на выходе из скруббера Вентури t2 ,оС, по следующей эмпирической формуле: t2 = (0,133 – 0,041m) t1+ 35 . (10) 10. Определяется плотность газов на выходе из скруббера Вентури ρ2, кг/м3: . (11) 11. Определяется объемный расход газа на выходе из трубы Вентури V2, м3/с: . (12) 12. Определяется диаметр циклона-каплеуловителя Dц, м: , (13) где ωц - скорость газа в циклоне-каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с). 13. Определяется высота циклона-каплеуловителя Н, м: Н = 2,5Dц. (14) 14. Определяется гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя , Па: , (15) где - коэффициент сопротивления циклона-каплеуловителя (для прямоточного циклона = 30 - 33). 15. Определяется гидравлическое сопротивление трубы Вентури , Па: . (16) 16. Определяется коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури : , (17) где - коэффициент сопротивления сухой трубы ( = 0,12-0,15); МГ - массовый расход газа, кг/с. 17. Определяется необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури , м/с: . (18) 18. Определяется диаметр горловины трубы Вентури d, м: . (19) По полученному диаметру находятся все остальные размеры нормализованной трубы Вентури. Содержание отчета Отчет по практической работе должен содержать: 1) титульный лист (приложение А); 2) задание с исходными данными; 3) схему скруббера Вентури; 4) расчет скруббера Вентури; 5) выводы. Практическая работа № 7 РАСЧЕТ АБСОРБЕРА Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) найти диаметр и высоту насадочного абсорбера, заполненного керамическими кольцами размером 25×25×3 мм, для очистки воздуха от паров ацетона водой Таблица 1 Исходные данные
Наибольшее распространение для очистки отходящих газов от токсичных примесей получили абсорбционные методы. Процессы абсорбции проводят в поверхностных, пленочных, насадочных, тарельчатых и распыливающих абсорберах. Схема насадочного абсорбера приведена на рис. 1. L, Хв G, Yв 2 1 G, Yн L, Хн 1 – корпус; 2 – насадка L – массовый расход жидкости; G – массовый расход газа; Хв, Хн - начальная и конечная концентрации примеси в жидкости на верху и в низу абсорбера; Yв, Yн - начальная и конечная концентрации примеси в газе на верху и в низу абсорбера Рис. 1. Схема насадочного абсорбера Расчет диаметра и высоты насадочного абсорбера проводится в следующей последовательности [1]. Определяем количество поглощаемого ацетона М, кмоль/ч: , (1) где Q – расход воздуха, м3/ч (табл.1); ун – начальная концентрация ацетона в воздухе, доли ед. (табл. 1); сп – степень поглощения, доли ед. (табл.1). Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх абсорбера, Хв = 0. Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей внизу из абсорбера Хн, кмоль ацетона/кмоль воды: , (2) где Мв – мольная масса воды, Мв = 18; L – расход воды, кг/ч (табл.1). Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в абсорбер Yн, кмоль ацетона/кмоль воздуха: . (3) Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из абсорбера Yв, кмоль ацетона/кмоль воздуха: . (4) Находим движущую силу абсорбции в низу абсорбера ΔYн, кмоль ацетона/кмоль воздуха: ΔYн = Yн – Yн* , (5) Значение Yн* находим по уравнению равновесной линии для Хн, соответствующего низу абсорбера: Yн* = 1,68 Хн, (6) Движущая сила абсорбции на верху абсорбера ΔYв, кмоль ацетона/кмоль воздуха: ΔYв = Yв – Yв* , (7) Средняя движущая сила ΔYср, кмоль ацетона/кмоль воздуха: . (8) Требуемую поверхность массопередачи F, м2, находим по уравнению: , (9) где Ку – коэффициент массопередачи (табл. 1). Объем V, м3, слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности, при коэффициенте смоченности насадки ψ = 1 (табл. 1) равен: , (10) где σ – удельная поверхность насадки, σ = 204 м2/м3 [1]. Определим фиктивную скорость газа ωз в точке захлебывания (инверсии) из уравнения (11): , (11) где g– ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; Vсв– свободный объем насадки, Vсв = 0,74 м3/м3 [1]; ρг и ρж – плотности газа и жидкости, кг/м3 ; ρж = 1000 кг/м3; μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, μж = 1 мПа∙с; L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с; А = 0,022 для насадки из колец или спиралей. Плотность газа ρгравна: , (12) где ρо – плотность воздуха при нормальных условиях, ρо = 1,293 кг/м3; Т – средняя температура в абсорбере, Т = 293 К (табл. 1); То = 273 К. Массовый расход газа G равен: G = Q ∙ ρо , (13) где Q–расход воздуха, м3/ч (табл. 1). Рабочая (фиктивная) скорость газа ω для абсорберов, работающих в пленочном режиме: ω = (0,75 - 0,9) ωз . (14) Примем ω = 0,75 ωз . Площадь поперечного сечения абсорбера S, м2: . (15) Найдем диаметр корпуса абсорбера D, м2: . (16) Требуемая высота насадки Нн: (17) Содержание отчета Отчет по практической работе должен содержать: 1) титульный лист (приложение А); 2) задание с исходными данными; 3) схему абсорбера; 4) расчет абсорбера; 5) выводы. Практическая работа № 8 РАСЧЕТ ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл.1) определить величину продувки Q3 (сброса части оборотной воды из системы) и расходадобавляемой в систему свежей воды Qсвеж. из водоема для компенсации потерь воды. Таблица 1 Исходные данные
В промышленном водоснабжении основную роль играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода охлаждается в градирнях, брызгальных бассейнах, водохранилищах (прудах) - охладителях или других устройствах и циркуляционными насосами снова подается в цикл. При этом она многократно и последовательно подвергается различным физико-химическим воздействиям – изменяет температуру, аэрируется, в некоторых случаях загрязняется и частично теряется вследствие испарения и капельного уноса в атмосферу. Испарение части воды вызывает постепенное повышение ее минерализации. Вода становится коррозионно-активной, способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливаются пыль и продукты коррозии. Поэтому для восполнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы получают подпиточную воду. Оборотное водоснабжение можно осуществить в виде единой системы для всего промышленного предприятия либо в виде отдельных циклов для отдельного цеха или группы цехов. В обычных системах оборотного водоснабжения, где циркулирующая вода не загрязняется технологическими продуктами, повышение минерализации предотвращается продувкой (сбросом части оборотной воды) и пополнением системы подпиточной свежей водой из природных источников, которая проходит необходимую очистку и корректировку состава. В зависимости от качества оборотной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (умягчению, обессоливанию, удалению взвесей и т.п.) с последующим возвращением ее в систему. Вместо свежей воды для подпитки можно использовать дочищенную до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедших биологическую очистку, либо промышленные стоки после достаточно глубокой локальной физико-химической очистки. Подпитка замкнутых систем свежей водой допускается в случае, если недостаточно очищенных сточных вод для восполнения потерь воды. Схема оборотной системы водоснабжения с охлаждением воды и подпиткой свежей водой из водоема представлена на рис. 1. П Продувка Q3 Q Q1 ОХЛ НС Qсвеж. Подпитка Водоем |