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: 5 из 8

1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; 4 – оросительное устройство;

5–каплеуловитель

Рис. 1. Схема скруббера Вентури

Труба 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 К_т, 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;

р_ж – давление распыляемой жидкости на входе в аппарат, Па;

V_ж и V_г – 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 N_ч – 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 С_н – начальная концентрация пыли в газе, мг/м³;

С_к – конечная концентрация пыли в газе, мг/м³.

2. По формуле (3) определяется число единиц переноса.

3. Используя выражение (4) определяется удельная энергия К_Т, 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 М_ж, кг/с:

М_ж= 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 D_ц, м:
, (13)
где ω_ц - скорость газа в циклоне-каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с).

13. Определяется высота циклона-каплеуловителя Н, м:

Н = 2,5D_ц. (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);

М_Г - 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

Номер варианта	Расход воды L, кг/ч	Расход воздухаQ., м3/ч	Начальная концентрация ацетона в воздухе ун, % (об.)	Степень поглощения, сп
1	2800	1200	4	0,96
2	2820	1210	4	0,96
3	2840	1220	4	0,96
4	2860	1230	4	0,96
5	2880	1240	4	0,96
6	2900	1250	5	0,96
7	2920	1260	5	0,96
8	2940	1270	5	0,96
9	2960	1280	5	0,96
10	2980	1290	5	0,96
11	3000	1300	6	0,97
12	3020	1310	6	0,97
13	3040	1320	6	0,97
14	3060	1330	6	0,97
15	3080	1340	6	0,97
16	3100	1350	7	0,97
17	3120	1360	7	0,97
18	3140	1370	7	0,97
19	3160	1380	7	0,97
20	3180	1390	7	0,97
21	3200	1400	8	0,98
22	3220	1410	8	0,98
23	3240	1420	8	0,98
24	3260	1430	8	0,98
25	3280	1440	8	0,98
Для всех вариантов: 1) средняя температура в абсорбере Т = 293 К; 2) коэффициент массопередачи Ку = 0,4 кмоль ацетона /(м2∙ч × × кмоль ацетона / кмоль воздуха); 3) коэффициент смоченности насадки ψ = 1. Уравнение линии равновесия: Y* = 1,68 Х

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, Х_в









G, Y_в


2
1

G, Y_н

L, Х_н



1 – корпус; 2 – насадка

L – массовый расход жидкости; G – массовый расход газа;

Х_в, Х_н - начальная и конечная концентрации примеси в жидкости на верху

и в низу абсорбера; Y_в, Y_н - 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);

у_н – начальная концентрация ацетона в воздухе, доли ед. (табл. 1);

с_п – степень поглощения, доли ед. (табл.1).

Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх абсорбера, Х_в = 0.

Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей внизу из абсорбера Х_н, кмоль ацетона/кмоль воды:
, (2)
где М_в – мольная масса воды, М_в = 18;

L – расход воды, кг/ч (табл.1).
Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в абсорбер Y_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:
. (3)
Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из абсорбера Y_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:
. (4)
Находим движущую силу абсорбции в низу абсорбера ΔY_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:
ΔY_н = Y_н – Y_н^* , (5)
Значение Y_н^* находим по уравнению равновесной линии для Х_н, соответствующего низу абсорбера:
Y_н^* = 1,68 Х_н, (6)
Движущая сила абсорбции на верху абсорбера ΔY_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:
ΔY_в = Y_в – Y_в^* , (7)
Средняя движущая сила ΔY_ср, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

. (8)
Требуемую поверхность массопередачи F, м², находим по уравнению:

, (9)
где К_у – 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 ω_з в точке захлебывания (инверсии) из уравнения (11):
, (11)
где g– ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

V_св– свободный объем насадки, V_св = 0,74 м³/м³ [1];

ρ_г и ρ_ж – плотности газа и жидкости, кг/м³ ; ρ_ж = 1000 кг/м³;

μ_ж – динамический коэффициент вязкости жидкости, μ_ж = 1 мПа∙с;

L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

А = 0,022 для насадки из колец или спиралей.
Плотность газа ρ_гравна:
, (12)
где ρ_о – плотность воздуха при нормальных условиях, ρ_о = 1,293 кг/м³;

Т – средняя температура в абсорбере, Т = 293 К (табл. 1);

Т_о = 273 К.

Массовый расход газа G равен:
G = Q ∙ ρ_о , (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) ω_з . (14)
Примем ω = 0,75 ω_з .
Площадь поперечного сечения абсорбера S, м²:
. (15)
Найдем диаметр корпуса абсорбера D, м²:
. (16)
Требуемая высота насадки Н_н:
(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 Q_свеж. из водоема для компенсации потерь воды.

Таблица 1

Исходные данные

Номер варианта	Расход оборотной воды Q, м3/ч	Температура воды, поступающей на охладитель, t1, оС	Охладитель
1	7800	40	Вентиляторная градирня с каплеуловителем
2	8000	40
3	8200	40
4	8400	40
5	8600	40
6	8800	42	Башенная градирня без каплеуловителя
7	9000	42
8	9200	42
9	9400	42
10	9600	42
11	9800	44	Башенная градирня с каплеуловителем
12	10000	44
13	10200	44
14	10400	44
15	10600	44
16	10800	46	Вентиляторная градирня с каплеуловителем
17	11000	46
18	11200	46
19	11400	46
20	11600	46
21	11800	48	Брызгальный бассейн
22	12000	48
23	12200	48
24	12400	48
25	12600	48
Для всех вариантов: 1) температура охлажденной воды t2 = 28 оС; 2) температура воздуха, tвозд = 20 оС; 3) лимитирующий загрязнитель – общее солесодержание.

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

Q₂




ОХЛ

НС




Q_свеж.

Подпитка


Водоем