Практические работы по промышленной экологии

• Название: Практические работы по промышленной экологии
• Дата: 27.05.2021
• Размер: 1.03 Mb.
• Имя файла: Prakticheskie_raboty_po_promyshlennoi_ehkologii_uchebnoe_posobie.doc
• Тип: Учебное пособие; #210807
• страница: 4 из 8

, (1)
где Q – объемный расход очищаемого газа, м³/с (табл.1).

С учетом числа циклонов nвыражение (1) примет вид:
(2)

Полученный диаметр циклона округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона из ряда: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000 мм.

Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклона, диаметр которых определяется по формуле (2).

4. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость газа в циклоне , м/с:
, (3)
Действительная скорость газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15 % от оптимальной скорости ω_опт.

5. Определяют коэффициент гидравлического сопротивления ξ циклона или группы циклонов:
, (4)
где k₁ – поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона

(табл. 3);

k₂ – поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа

(табл. 4);

k₃ – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для одиночных циклонов k₃ = 0);

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл.5); направление выхлопа принимается исходя из требований охраны окружающей среды, безопасности, технологии и др.
6. Определяют потери давления в циклоне , н/м²:
, (5)
где ρ - плотность газа, проходящего через циклон, кг/м³ (табл. 1).

7. Определяют диаметр частиц, улавливаемых на 50 %, d₅₀ :
, (6)
где индекс “T” означает стандартные условия работы типового циклона

[2]:

- находится по табл. 2;

• 
  диаметр циклона D_T = 0,6 м;
  
• 
  средняя скорость газа в циклоне = 3,5 м/с;
  
• 
  плотность частиц = 1930 кг/м³;
  
• 
  динамическая вязкость газа = 0,022×10^-3 Па∙с.
  

8. Определяют эффективность очистки газа в циклоне η:
= 0,5 [1 + Ф(х)], (7)
где Ф(х) – табличная функция от параметра х (табл. 6).

Параметр х можно найти следующим образом:
, (8)
где - дисперсия функции фракционной степени очистки

(табл. 2);

- степень полидисперсности пыли (табл. 1).
В зависимости от значения х находят функцию распределения Ф(х) по табл. 6.

Таблица 2
Параметры, определяющие эффективность циклонов [2]

Параметр	Тип циклона
	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11
d50т, мкм	8,50	6,00	3,65
lg ση	0,308	0,352	0,352
ωопт, м/с	4,5	3,5	3,5

Таблица 3
Значения поправочного коэффициента k₁ [2]

Тип циклона	Диаметр циклона D, мм
	150	200	300	450	500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,0
ЦН-15, ЦН-24	0,85	0,90	0,93	1,0	1,0

Таблица 4
Значения поправочного коэффициента k₂ [2]

Тип циклона	Концентрация пыли на входе циклона свх , г/м3
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	-
ЦН-15	1	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-24	1	0,95	0,93	0,92	0,90	0,87	0,86

Таблица 5
Значения коэффициентов сопротивления циклонов ξ₅₀₀ (D = 500 мм)

Тип циклона	Коэффициент сопротивления ξ500
	при выхлопе в атмосферу	при выхлопе в гидравлическую сеть
ЦН-11	245	250
ЦН-15	155	163
ЦН-24	75	80

Таблица 6
Значения нормальной функции распределения Ф(х) [2]

х	Ф(х)
- 2,6	0,0047
- 2,4	0,0082
- 2,2	0,0139
- 2,0	0,0228
- 1,8	0,0359
- 1,6	0,0548
- 1,4	0,0808
- 1,2	0,1151
- 1,0	0,1587
- 0,8	0,2119
- 0,6	0,2743
- 0,4	0,3446
- 0,2	0,4207
0	0,5000
0,2	0,5793
0,4	0,6554
0,6	0,7257
0,8	0,7881
1,0	0,8413
1,2	0,8849
1,4	0,9192
1,6	0,9452
1,8	0,9641
2,0	0,9772
2,2	0,9861
2,4	0,9918
2,6	0,9953

Содержание отчета
Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему циклона;

4) расчет циклона;

5) выводы.

Практическая работа № 5
РАСЧЕТ ПЕННОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) рассчитать

пенный аппарат, имеющий круглое поперечное сечение, для очистки газа от гидрофильной, не склонной к слипанию, пыли водой.

Таблица 1

Исходные данные

Номер варианта	Расход газа, Q, м3/ч	Начальная концентрация пыли в газе, сн, кг/м3	Концентрация пыли в утечке, ху, кг/кг	Эффективность очистки, η
1	10 000	0,0040	0,10	0,98
2	10 500	0,0042	0,10	0,98
3	11 000	0,0044	0,10	0,98
4	11 500	0,0046	0,10	0,98
5	12 000	0,0048	0,10	0,98
6	12 500	0,0050	0,12	0,97
7	13 000	0,0052	0,12	0,97
8	13 500	0,0054	0,12	0,97
9	14 000	0,0056	0,12	0,97
10	14 500	0,0058	0,12	0,97
11	15 000	0,0060	0,14	0,96
12	15 500	0,0062	0,14	0,96
13	16 000	0,0064	0,14	0,96
14	16 500	0,0066	0,14	0,96
15	17 000	0,0068	0,14	0,96
16	17 500	0,0070	0,16	0,95
17	18 000	0,0072	0,16	0,95
18	18 500	0,0074	0,16	0,95
19	19 000	0,0076	0,16	0,95
20	19 500	0,0078	0,16	0,95
21	20 000	0,0080	0,18	0,94
22	20 500	0,0082	0,18	0,94
23	21 000	0,0084	0,18	0,94
24	21 500	0,0086	0,18	0,94
25	22 000	0,0088	0,18	0,94
26	22 500	0,0090	0,20	0,93
27	23 000	0,0092	0,20	0,93
28	23 500	0,0094	0,20	0,93
29	24 000	0,0096	0,20	0,93
30	24 500	0,0098	0,20	0,93
Для всех вариантов: температура газа 60 оС.

Удаление пыли в аппаратах мокрой очистки происходит благодаря смачиванию частичек пыли жидкостью. Процесс протекает тем эффективнее, чем больше поверхность контакта фаз между газом и жидкостью, что достигается, например, диспергированием жидкости на капли или газа на множество пузырей, формирующих пену.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками (тарелками). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены, очищается от пыли за счет осаждения частиц на поверхности газовых пузырей.

Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3-8 мм и свободное сечение 0,15-0,25 м²/м². Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия d_о = 4-8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4-5 мм. Свободное сечение всех тарелок составляет 0,2-0,3 м²/м².

Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи газа под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы. Дальнейший рост скорости газа до 2-2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м³ [3, 4].

Среди аппаратов мокрой очистки газов широкое распространение получили пенные газоочистители ЛТИ. Они могут быть с провальной и переливной решетками. Аппараты с переливной решеткой и сливным устройством позволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости.

Корпус пылеуловителя может быть круглого или прямоугольного сечения. В первом случае обеспечивается более равномерное распределение газа, во втором – жидкости.

На рис. 1 показана схема пенного пылеуловителя с переливной решеткой для очистки газов с отводом воды через сливное устройство.

При расчете пенных пылеуловителей определяют площадь поперечного сечения аппарата S, расход воды L, который требуется для очистки газа, высоту слоя пены Н и сливного порога h_п, обеспечивающих нормальную работу аппарата [5].

Очищенный газ






1

2

3

Вода







Запыленный газ

Шлам




Шлам

1 – корпус; 2 – решетка; 3 – сливной порог
Рис. 1. Схема пенного пылеуловителя


Порядок расчета
1. Выбор расчетной скорости газа. Скорость газа в аппарате – один из важнейших факторов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей составляет 0,5-3,5 м/с. Однако при скоростях выше 2 м/с начинается сильный брызгоунос и требуется установка специальных брызгоуловителей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решетки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решетки. Для обычных условий рекомендуемая скорость ω = 2 м/с.
2. Определение площади сечения аппарата. Площадь поперечного сечения аппарата S, м², равна:

, (1)
где Q_н – расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях, м³/с.
В случае круглого поперечного сечения, в котором обеспечивается более равномерное распределение газа, при известной площади сечения Sможно определить диаметр корпуса аппарата D, м :
. (2)
3. Определение расхода поступающей воды. Для холодных и сильно запыленных газов расход определяется из материального баланса пылеулавливания, для горячих газов – из теплового баланса. В сомнительных случаях выполняют оба расчета и выбирают наибольшие из полученных значений расхода. Обычно газ можно рассматривать как холодный, если его температура ниже 100 ^оС.

Расход поступающей воды L, кг/с, рассчитывают, исходя из материального баланса пылеулавливания:
L = L_у + L_сл , (3)
где L_у – расход воды, стекающей через отверстия в решетке (утечка),

кг/с;

L_сл – расход воды, стекающей через сливной порог, кг/с.
Величина L_у определяется массовым расходом уловленной пыли G_п, кг/с; концентрацией пыли в утечке х_у, кг пыли/кг воды; коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой К_р, выраженным отношением расхода пыли, попадающей в утечку, к общему расходу уловленной пыли:

, (4)
Расход уловленной пылиG_п, кг/с, может быть определен из выражения
G_п = Q_н с_н η, (5)

где с_н – начальная концентрация пыли в газе, кг/м³;

η – заданная эффективность пылеулавливания, доли единицы.
Коэффициент распределения К_р находится в диапазоне 0,6-0,8; в расчетах обычно принимают К_р = 0,7.

Концентрация пыли в утечке изменяется от х_у = 0,2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до х_у = 0,05 (для цементирующихся пылей.

Поскольку в утечку попадает больше пыли, чем в воду, стекающую через сливной порог, то для уменьшения общего расхода воды целесообразно уменьшать величину L_сл. Однако слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Поэтому в расчетах рекомендуется принимать L_сл = L_у. Исходя из этого, выражение (3) приводится к виду:
, (6)
4. Определение типа решетки. В задачу этого этапа расчета входит выбор типа перфорации (круглые отверстия или щели), диаметра отверстия d_о или ширины щели b_щ и шага между ними t. Форму отверстий выбирают из конструктивных соображений, а их размер – исходя из вероятности забивки пылью. Обычно принимают b_щ = 2–4 мм, d_о = 2–6 мм.

Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях ω_о, которая обеспечит необходимую величину утечки. При диаметрах отверстий d_о = 2–3 мм скорость газа должна составлять 6–8 м/с, а при d_о = 4–6 мм ω_о = 10–13 м/с.

Далее рассчитывают долю свободного сечения решетки S_о, отвечающей выбранной скорости:

, (7)
где φ – отношение перфорированной площади решетки к площади

сечения аппарата (φ = 0,9 – 0,95).
Исходя из величины S_о, определяют шаг t, м, между отверстиями в зависимости от способа разбивки отверстий на решетке. При разбивке по равностороннему треугольнику
. (8)
Толщину решетки δ выбирают по конструктивным соображениям. Минимальному гидравлическому сопротивлению отвечает δ = 5 мм.

5. Определение высоты слоя пены и сливного порога. Высоту порога на сливе с решетки устанавливают исходя из создания слоя пены такой высоты, которая обеспечила бы необходимую степень очистки газа.

Первоначально определяют коэффициент скорости пылеулавливания К_п, м/с:

, (9)
где η – заданная степень очистки газа от пыли.
Связь между К_п и высотой слоя пены Н, м, при улавливании водой гидрофильной пыли выражается следующим эмпирическим уравнением:
Н = К_п – 1,95ω + 0,09 , (10)
где величины К_п и ω имеют размерность м/с.

Далее определяют высоту исходного слоя воды на решетке h_o, м:
h_o = 1,43 Н^1,67 ω^-0,83. (11)
Высоту порога h_п , м, рассчитывают по эмпирической формуле
h_п = 2,5 h_o – 0,0176 , (12)
где i– интенсивность потока на сливе с решетки, кг/(м∙с)
, (13)
где b_с – ширина сливного отверстия.
При прямоугольном сечении аппарата b_с равна ширине решетки.

Содержание отчета
Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему пенного пылеуловителя;

4) расчет пылеуловителя;

5) выводы.

Практическая работа № 6
РАСЧЕТ СКРУББЕРА ВЕНТУРИ

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) рассчитать

скруббер Вентури для очистки газов, содержащих известковую

пыль.
Таблица 1

Исходные данные

Номер варианта	Расход газа Vо, м3/ч	Разрежение перед газоочисткой p1, кПа	Концентрация пыли в газе Сн, г/м3	Температура газа t1, оС
1	1200	1,4	1,0	40
2	1400	1,4	1,2	40
3	1600	1,4	1,4	40
4	1800	1,4	1,6	40
5	2000	1,4	1,8	40
6	1200	1,6	1,0	50
7	1400	1,6	1,2	50
8	1600	1,6	1,4	50
9	1800	1,6	1,6	50
10	2000	1,6	1,8	50
11	1200	1,8	1,0	60
12	1400	1,8	1,2	60
13	1600	1,8	1,4	60
14	1800	1,8	1,6	60
15	2000	1,8	1,8	60
16	1200	2,0	1,0	70
17	1400	2,0	1,2	70
18	1600	2,0	1,4	70
19	1800	2,0	1,6	70
20	2000	2,0	1,8	70
21	2200	2,2	1,0	80
22	2400	2,2	1,2	80
23	2600	2,2	1,4	80
24	2800	2,2	1,6	80
25	3000	2,2	1,8	80
Для всех вариантов: 1) плотность газа ρо = 1,26 кг/м3; 2) давление воды, поступающей на орошение pж = 300 кПа; 3) требуемая концентрация пыли в газе на выходе из аппарата Ск= 20 мг/м3; 4) константы: В = 6,9×10-3, = 0,67.

Работа скруббера Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Скруббер Вентури включает в себя трубу Вентури и прямоточный циклон-каплеуловитель (рис. 1).




Очищенный газ








5



Газ




4 1 2 3

Вода




Шлам