Практикум БЖД. Практикум БЖД 772. Практикум по безопасности жизнедеятельности С. А. Бережной, Ю. И. Седов, Н. С. Любимова и др. Под ред. С. А. Бережного. Тверь

• Название: Практикум по безопасности жизнедеятельности С. А. Бережной, Ю. И. Седов, Н. С. Любимова и др. Под ред. С. А. Бережного. Тверь
• Анкор: Практикум БЖД
• Дата: 11.11.2022
• Размер: 5.26 Mb.
• Имя файла: Практикум БЖД 772.doc
• Тип: Практикум; #782543
• страница: 9 из 25

3.4. Конструктивные решения по результатам расчета

Если при расчете магистральной ветви и опусков появилось избыточное давление, а невязка в потерях давления Р превышает 10%, то студент приступает к конструктивному решению. Послед­ним может быть уменьшение угла ответвления, установка дрос­сельной заслонки или изменение диаметра воздуховода(ов).

Чаще студент должен рассмотреть вопросы, связанные с размещением приточных или вытяжных шахт, воздуховодов; с выбором сечения и материала воздуховода, запорных и регулирующих уст­ройств, фильтров, пылеуловителей и т.д.; с установкой вентиля­торов и электродвигателей; с защитой от вибраций воздуховодов и вентустановок и обеспечением электробезопасности. Детальное освещение этих вопросов он может найти в главах 13...15 и приложении IV книги [12]. Конструктивные решения, принятые им, должны сопровождаться эскизами, схемами и чертежами, а также четкими обоснованиями. Схемы, эскизы и чертежи студент-диплом­ник выносит на ватманский лист формата Аl. На последнем, как правило, приводят принятую схему воздуховодов, таблицу с ре­зультатами её аэродинамического расчета и основные решения по составным частям спроектированной механической вентиляции (например, конструкции шибера, клапана, дроссельной заслонки, приточного распределительного или вытяжного устройства, филь-

- 43 -

тра или пылеуловителя, виброизоляторов и т.д.). Особо важным являются решения по установке вентилятора, электродвигателя и воздуховодов в данном помещении, по режиму работы данной вентсистемы и по злектробезопасности.

Студент должен помнить, что небольшие вентиляторы (с номером колеса до N6) устанавливают на одном валу с электродвигателем. Это наиболее целесообразно по соображениям надежности эксплуатации, при этом уменьшаются шум и потери мощности в пе­редаче, меньше габариты установки. Чаще вентилятор и электрод­вигатель устанавливают на раме,которая виброизолирована от пола. В воздуховодах предусматривают гибкие резиновые вставки вблизи вентилятора, чтобы вибрации не передавались от вентиля­тора и не возникали резонансные вибрации, вызывающие разруше­ние воздуховодов. Но при этом все воздуховоды должны быть за­землены или занулены (расчет см. ниже). И наконец, приточная механическая вентиляция работает в режиме нагнетания воздуха, а вытяжная - в режиме всасывания (разрежения) воздуха. Поэтому студент должен предусмотреть возможность реверсирования возду­ха (т.е. переход на противоположный режим) при соответствующих аварийных ситуациях в данном помещении.

4.ВЫБОР И РАСЧЕТ СРЕДСТВ ПО ПЫЛЕГАЗООЧИСТКЕ ВОЗДУХА

4.1. Методика выбора и расчета средств

Основные типы, конструкции и критерии применения средств по пылегазоочистке воздуха, изготовляемых серийно на отечест­венных заводах, изложены на с.148...153 книги [7]. При решении конкретной производственной задачи необходимо из предлагаемой заводами-изготовителями номенклатуры изделий подобрать наибо­лее подходящее по своим параметрам для данного случая. Это достигают расчетным путем по приведенным ниже методикам.

4.1.1. Методика расчетов циклонов

Циклоны предназначены для сухой очистки газов от пыли со средним размером частиц более 10...20 мкм. Все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются циклонами НИИОГАЗа: цилиндрическими серии ЦН и коническими серии СК. Избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно пре-

- 44 -

вышать 2500 Па. Температура газов во избежание конденсации па­ров жидкости выбирается на 30...50°С выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции - не выше 400°С. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего. Цилиндрические циклоны серии ЦН пред­назначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов при начальной запыленности до 400 г/м³ и устанавливать перед фильтрами и электрофильтрами.

Конические циклоны серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН за счет большего гидравлического сопротив­ления. Входная концентрация сажи не должна превывать 50 г/ .

Для расчетов циклонов необходимы исходные данные: объем очищаемого газа Q, ; плотность газа при рабочих условиях , кг/ вязкость газа при рабочей температуре , Па•с; диаметр и дисперсный состав пыли dп и ; входная концентрация пыли Свх, г/ плотность частиц пыли ; требуемая эффективность очистки газа .

Расчет циклонов ведется методом последовательных приближений в следующем порядке:

1. Задавшись типом циклона, определяют оптимальную ско­рость газа опт в сечении циклона диаметром Д по следующим данным:

Тип циклона ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11 СКД-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М

опт, м/с 4,5 3.5 3.5 2.0 1.7 2.0

2. Определяют диаметр циклона Д, м, по формуле

(4.1)

Полученное значение Д округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимальное допустимое значение, то не­обходимо применять два или более параллельно установленных циклонов. В РФ для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров Д, мм: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

3. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость газа в циклоне, м/с, по формуле

(4.2)

- 45 -

где n - число циклонов. Действительная скорость в циклоне не должна отличаться от оптимальной более чем на 15%.

4. Вычисляют коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона по формуле

(4.3)

где К1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 4.1); K2 - поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 4.2); - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 4.3).

Таблица 4.1. Поправочный коэффициент на диаметр циклона

ТИП циклона	Значение К1 для Д, мм
	150	200	300	450	500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,00
ЦН-15, ЦН - 24	0,85	0,90	0,93	1,00	1,00
СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-33М	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00

Таблица 4.2. Поправочный коэффициент на запыленность газа

Тип циклона	Значение К2 при Свх, г/м3
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1	0.96	0.96	0.92	0.90	0,87	-
ЦН-15	1	0,93	0.92	0,91	0.90	0,87	0,88
ЦН-24	1	0,95	0.93	0.92	0.90	0.87	0,86
СДК-ЦН-33	1	0.81	0,785	0.78	0.77	0.76	0,745
СДК-ЦН-34	1	0.98	0,947	0,93	0.915	0,91	0.90
СК-ЦН-34М	1	0.99	0,97	0.95	-	-	-

Таблица 4.3. Коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 500 мм.

Значение 500	Тип циклона
	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
При выхлопе в атмосферу При выхлопе в сеть	245 250	155 163	75 80	520 600	1050 1150	- 2000

- 46 -

5. Определяют гидравлическое сопротивление циклона. Па, по формуле

(4.4)

где  и  - соответственно плотность и скорость газав расчетном сечении циклона;  - коэффициент гидравлического сопротивления.

6. По табл. 4.4 находят значения параметров пыли и для выбранного типа циклона.

Таблица 4.4. Значения параметров пыли

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
, мкм	8,5 0,308	4,5 0,352	3,65 0,352	2,31 0,364	1,95 0,308	1,3 0,340

7. Ввиду того, что значения , приведенные в табл. 4.4, определены по условиям работы типового циклона ( Дт = 0,6 м;

пт = 1930 кг/м³; т = 22,2х Па*с; т = 3,5 м/с), необходимо учесть влияние отклонений условий работы от типовых на величину d50, мкм, по формуле

; (4.5)

8. Рассчитывают параметр х по формуле

. (4.6)

а по табл. 4.5 находят параметр Ф (х).

Таблица 4.5. Значения параметра Ф (х)

х	-2,7	-2.0	-1.8	-1.6	-1.4	-1.2	-1.0	-0.8
Ф (х)	0,0035	0,0228	0.0359	0.0548	0,0808	0,1151	0.1587	0.2119
х	-0,6	-0.4	-0.2	0	0.2	0.4	0.6	0.8
Ф (X)	0.2743	0.3446	0,4207	0.5000	0,5793	0.6554	0.7257	0,7881
х	1.0	1,2	1,4	1.6	1.8	2,0	2.7
Ф (X)	0.8413	0.8849	0.9192	0.9452	0.9641	0.9772	0.9985

9. 
   Определяют эффективность очистки газа в циклоне по формуле
   

(4.7)
где Ф(х) - табличная функция от параметра х, рассчитанного по формуле (4.6).

- 47 -

10. Если расчетное значение  окажется меньше необходи­мого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то нуж­но выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться формулой

(4.8)
где индексы 1 и 2 соответствуют двум разным циклонам.

4.1.2. Методика расчета скрубберов Вентури

Скрубберы Вентури нашли наибольшее применение среди аппаратов мокрой очистки газов с осаждением частиц пыли на поверхность капель жидкости. Они обеспечивают эффективность очистки 0,96...О,98 на пылях со средним размером частиц 1...2 мкм при начальной концентрации пыли до 100 г/м³. Удельный рас­ход воды на орошение при этом составляет 0,4...О,6 л/м³.

Для расчетов эффективности очистки от пыли производствен­ных выбросов скруббером Вентури необходимы следующие исходные данные: плотность газа в горловине г, кг/м³; скорость газа в горловине Wг , м/с; массовый расход газа Мг, кг/с; массовый расход орошающей жидкости Мж, кг/с; удельный расход жидкости m, л/м³; давление жидкости Рж,кПа; плотность жидкости ж,кг/м³ Расчет ведется в следующем порядке:

1. Определяют гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури, Н/м², по формуле

(4.9)

где с - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы; Wг - скорость газа в горловине, м/с; г- плотность газа в горловине, кг/м³.

2. Рассчитывают гидравлическое сопротивление, обусловлен­ное введением орошающей жидкости, Н/м², по формуле

. (4.10)

где ж - коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости; ж - плотность жидкости, кг/м³;

m - удельный расход жидкости на орошение, л/м³.

При этом величина ж определяется из соотношения

(4.11)

где Мж и Мг - массовые расходы жидкости и газа, кг/с.

3. Находят гидравлическое сопротивление трубы Вентури,

-48 -

Н/м², по формуле

(4.12)

4. Находят сдммарную энергию сопротивления Кт, Пп, по формуле

(4.13)

где Рж - давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель, Па; - соответственно, объемные расходы жидкости и газа, .

5. Определяит эффективность скруббера Вентури по формуле

, (4.14)

где Кт - суммарная энергия сопротивления, Па; В и n - кон­станты, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли (см. табл. 4.6).

Таблица 4.6. Значения В и n

N	Загрязнитель	В	n
1	Конверторная пыль	9.88*	0.4663
2	Ваграночная пыль	1.355 •	0.6210
3	Мартеновская пыль	1.915*	0.5688
4	Сажа		1.36
5	Туман фосфорной кислоты	1.34 *	0.6312

4.1.3. Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходи­мое количество сорбента, продолжительности процесса поглоще­ния, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затра­ты. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощае­мого вещества; количество очищаемого газа С , кг/с; концентра­ция поглощаемого вещества на входе в адсорбер с0, кг/м³. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества на поглотителе.

Расчет адсорбера включает две стадии: а) приближенный конструктивный расчет для определения необходимой массы и гео­метрии аппарата; б) проверочный расчет для определения времени

- 49 -

защитного действия адсорбера и, в случае необходимости, прове­дения корректировки размеров аппарата.

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке:

1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для уве­личения его емкости рабочая температура выбирается минимально возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активи­рованном угле при 20°С представлена на рис. 4.1. По изотерме адсорбции и заданной величине С0. г/м³, находят статическую емкость сорбента а0, г/кг.

2. 
   Определяют весовое количество количество очищаемого газа, С, кг/с, из выражения
   

(4.15)

где Lм - производительность местного отсоса от паровоздушной смеси, г - плотность паровоздушной смеси

3. 
   Переводят весовую статическую емкость сорбента а0, в объемную а’0,по формуле
   

(4.16)

где н - насыпная плотность выбираемого сорбента.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

(4.17)

где К = 1,1...1,2 - коэффициент запаса;  - продолжитель­ность процесса сорбции, с; С - весовое количество очищаемого газа, кг/с; Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м³; а'о - статическая емкость адсорбера, кг/м³.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W , м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...О,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа, м, подсчитывавт по формулам:

(4.18)

- 50 -

(4.19)

7. 
   Находят пористость сорбента по формуле
   

(4.20)

где к и н - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м,

по формуле

(4.21)

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения  находят в зависимости от характера движения по выражению:

при Re < 50  = 220 / Re ; (4.22)

при Re  50  = 11.6 / (4.23)

где - критерий Рейнольдса;  - кинематическая вязкость газа, м*м/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа р, Па, по формуле

(4.24)

где Ф = 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных дсловиях Т и Р по формуле

(4.25)

где До = при То = 273°К и атмосферном давлении Ро = Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

(4.26)

13. Для заданного режима течения газа (определяется зна­чением Re) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:

при Re < 30 (4.27)

при Re  30 (4.28)

- 51 -

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 4.1) находят величину - количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре, и величина концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую величине .

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f, м²/ по формуле

(4.29)

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на вы­ходе из аппарата, г/м³, по формуле

(4.30)

где  - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбе­ра, с, по формуле

(4.31)

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину  , то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину La, м, определяемую по формуле

(4.32)

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м². Констрдктивно аппараты адсорбции выполняются в виде вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.