Выбор и расчет средств по пылегазоочистке воздуха

1. Подобрать циклон, обеспечивающий степень эффективности очистки газа от пыли не менее h = 0.87

Циклоны предназначены для сухой очистки газов от пыли со средним размером частиц 10…20 мкм. Все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются циклонами НИИОГАЗа: цилиндрическим серии ЦН и коническим серии СК. Избыточное давление газов, поступающих в циклон, не должно превышать 2500 Па. Температура газов во избежание конденсации паров жидкости выбирается на 30…500С выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции – не выше 4000С. 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 превышать 50 г/м3.

Исходные данные:

количество очищаемого газа - Q = 1.4 м3/с;

плотность газа при рабочих условиях - r = 0,89 кг/м3;

вязкость газа - m = 22,2×10-6 Н×с/м2;

плотность частиц пыли - rП = 1750 кг/м3;

плотность пыли – dП = 25 мкм;

дисперсность пыли - lgsп = 0,6;

входная концентрация пыли – Свх = 80 г/м3.

Расчет: Задаёмся типом циклона и определяем оптимальную скорость газа wопт, в сечении циклона диаметром Д:

Выберем циклон ЦН-15, оптимальная скорость газа, в котором wопт = 3,5 м/с.

Определяем диаметр циклона, м

Ближайшим стандартным сечением является сечение в 700 мм.

По выбранному диаметру находим действительную скорость газа в циклоне, м/с

м/с,

где n – число циклонов.

Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона:

где К1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона;

К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа;

500 – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм.

Определяем гидравлическое сопротивление циклона:

Па

По таблице 2.4 определяем значение параметров пыли и lgsh:

Для выбранного типа циклона - =4.5 мкм lgsh=0.352

Ввиду того, что значения , приведенные в таблице 2.4, определены по условиям работы типового циклона (Дт = 0,6 м; rпт = 1930 кг/м3; mт = 22,2×10-6; wт = 3,5 м/с), необходимо учесть влияние отклонений условий работы от типовых на величину d50:

мкм

Рассчитываем параметр x:

по табл. 2.5 находим значение параметра Ф(x):

Ф(x)=0.8413

Определяем степень эффективности очистки газа в циклоне:

Расчетное значение h = 0,92 больше необходимого условия h = 0,87, таким образом циклон выбран верно.

1 – корпус

2 – входная труба

3 – патрубок

4 – буннер

2. Рассчитать эффективность применения скруббера Вентури для очистки от пыли производственных выбросов.

Скрубберы Вентури нашли наибольшее применение среди аппаратов мокрой очистки газов с осаждением частиц пыли на поверхности капель жидкости. Они обеспечивают эффективность очистки 0.96…0.98 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…0.6 л/м3 .

Исходные данные:

Загрязнитель – конвекторная пыль В = 9,88 × 10-2; n = 0,4663

Плотность газа в горловине rг = 0,9 кг/м3

Скорость газа в горловине Wг = 135 м/с

Массовый расход газа Мг = 0,9 кг/с

Массовый расход орошающей жидкости Мж = 0,865 кг/с

Удельный расход жидкости m = 1,5 л/м3

Давление жидкости rж = 300 кПа

Плотность жидкости rж = 1000 кг/м3

Коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы - =0.15

Требуемая эффективность очистки от пыли не менее 0.9

Расчет:

Определяем гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури,

Н/ м2 , где

ж – коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости

Находим гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Н/ м2

Находим суммарную энергию сопротивления Кт, Па

Vж = Мж/rж = 0,865/1000 = 8,65 × 10-4 м3/с

Vг = Мг/rг = 0,9/0,9 = 1 м3/с

Кт = 10662855 + 300×103(8,65×10-4/1) = 10663114 Па

Определяем эффективность скруббера Вентури

Рис. 2.1 Скруббер Вентури

1 – форсунки

2 – сопло

3 – пылеуловитель

a1 = 28°;

a2 = 8°; l2 = 0.15 ×d2;

3. Определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров этилового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезжиривания при условии непрерывной работы в течение 8 часов.

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, продолжительность процесса поглощения, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затраты.

Исходные данные:

Производительность местного отсоса - Lм=250 м3/ч

Начальная концентрация спирта - Со=11 г/м3

Температура в адсорбере - tр=20 оС

Давление в адсорбере - Р=9.8*104 Н/м2

Плотность паровоздушной смеси - rг=1.2 кг/м3

Вязкость паровоздушной смеси - n=0.15*10-4 м2/с

Диаметр гранул поглотителя (активированный уголь) - d=3 мм

Длина гранул - l=5мм

Насыпная плотность - rн=500 кг/м3

Кажущаяся плотность - rк=800 кг/м3

Эффективность процесса очистки h = 0,99

По изотерме адсорбции (рис. 3.1) и заданной величине Со, г/м3, находим статическую емкость сорбента: a0=175 г/кг

Определяем весовое количество очищаемого газа:

кг/с

Переводим весовую статическую емкость сорбента a0, в объемную a0’:

кг/м3

Определяем массу сорбента:

, кг,

где К=1.1…1.2 – коэф. запаса;

t - продолжительность процесса сорбции, с.

Выбираем 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…0.25 м/с. Выберем W=0.2 м/с.

6. Определяем геометрические размеры адсорбера. Для цилиндрического аппарата:

- диаметр м

длина (высота) слоя адсорбента

м

Находим пористость сорбента

Рассчитываем эквивалентный диаметр зерна сорбента:

м

9. Коэффициент трения находим в зависимости от характера движения

при Re<50 l=220/Re

при Re³50 l=11.6/Re0.25,

где - критерий Рейнольдса

откуда: l=220/Re=220/49 =4.5

Определяем гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа

, где Ф=0.9 – коэффициент формы

Определяем коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных условиях: Д0 = 0,101 × 10-4 при Т0 = 273° К и Р0 = 9,8 × 104 Па:

Находим диффузионный критерий Прантля

Для заданного режима течения газа (определяется значением Rе) вычисляем величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с

при Rе<30

при Rе>30

т.к. в нашем случае Re=49, то

По изотерме адсорбции (рис 2.1) находим:

- количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре аµ=175 г/кг

- величину концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх= 2,5 г/м3

Рассчитываем удельную поверхность адсорбента:

м2/м3

Определяем концентрацию паров этилового спирта на выходе из аппарата:

, где h - эффективность очистки

Находим продолжительность защитного действия адсорбера:

Полученные в результате расчета параметры обеспечивают заданный режим работы адсорбера в течении более чем 8 часов. В целях экономии адсорбента можно уменьшить высоту его слоя.

труба для ввода газа

слой пористого сорбента

труба для удаления чистого газа

барбатер

5. труба для выхода пара

Список литературы

Безопасность жизнедеятельности: Уч. пособие под ред. Бережного С.А. и др. – Тверь: ТГТУ, 1996.

Бережной С.А., Седов Ю.С. Сборник типовых расчетов и заданий по экологии: Уч. пособие. - Тверь: ТГТУ, 1999.