Промышленная экология

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание 1. Расчет циклонов Задание 2. Расчет пористых металлических фильтров для пылеочистки Задание 3. Расчет скруббера и форсунки Задание 4. Расчет процессов и аппаратов адсорбции газов Задание 5. Расчет адсорбера Задание 6. Расчет процесов и аппаратов экстракции Задание 7. Расчет электрокоагулятора Список литературы Приложение А	2 7 10 13 16 18 21 24 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1. Расчет циклонов 

 

1.1 Краткие теоретические сведения

  Принцип работы циклона основано на разделение взвешенных частиц от  газового потока под воздействием центробежных сил. Центробежный эффект сильнее проявляется у крупных частиц, поэтому циклоны предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли, например, для улавливания золы, образующейся при сжигании топлива в котлах тепловых станций.

Для расчета циклона необходимо иметь следующие исходные данные:

− объем очищаемого газа Q, м3/с;

− плотность газа при рабочих условиях ρ, кг/м3;

− вязкость газа при рабочей температуре μ, Па·с;

− дисперсный состав пыли d50;

− входная концентрация пыли Свх, г/м3;

− требуемая эффективность очистки η.

Принят следующий ряд внутреннего типового диаметра циклонов D, мм:150; 200; 300; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 3000.

Бункеры циклонов имеют цилиндрическую форму диаметром 1,5D для цилиндрических и 1,2D для конических циклонов. Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D.

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений.

 

1.2 Методика расчета

Определяют оптимальную скорость движения газа wопт в зависимости

от типа циклона (таблица 1).

Таблица 1 - Оптимальная скорость движения газа wопт в зависимости от типа циклона

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34м
wопт, м/с	4,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0

    

Рассчитывают диаметр циклона:

 

D=

,     

D=

                                         

 

где Q − объем очищаемого газа, м3/с;

wопт−  оптимальная скорость движения газа, м/с.

Полученное значение необходимо округлить до ближайшего типового значения. Если значение D превышает максимальное типовое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклонов. Рассчитывают действительную скорость потока в циклоне:

 

w = 4Q/ πND2,

w = 4·20/3,14·1·2,692 =3,5001                                        

 

где N – число циклонов.

Значение w не должно отклоняться от wonт более чем на 15 %.

Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления:

 

R = k1k2R500,

R = 0,93·0,93·155=134,05

 

где k1 =1 и k2 =0,92– поправочные коэффициенты, зависящие от D, Свх и типа циклона (таблица 2.2, 2.3);

R500 =245– коэффициент гидравлического сопротивления при D=500 мм (таблица 2).

 

Таблица 2 - Значения k1 при различных D и типов циклонов

Тип 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	0,9	0,93	1,0	1,0
СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и 34м	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

 

Таблица 3 - Значения k2 при различных Свх и типов циклонов

Тип 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
СДК-ЦН-33	1	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-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 - Значения R500 в зависимости от типов циклонов

Тип циклона	Выхлоп в:		Тип циклона	Выхлоп в:
	атмосферу	гидр. сеть		атмосферу	гидр. сеть
ЦН-11	245	250	СДК-ЦН-33	520	600
ЦН-15	155	163	СК-ЦН-34	1050	1150
ЦН-24	75	80	СК-ЦН-34м	-	2000

 

Рассчитывают значение гидравлического сопротивления:

 

ΔP = Pвх – Pвых =1/2Rρrw2,

ΔP = =134,05·1,37·(3,50012)/2=2249,82

 

Определяют эффективность очистки:

 

η = 0,5(1+Ф(х)),

η = 0,5(1+0,964)=0,982                                                                                              

 

где Ф(х) – табличная функция параметра х (таблица 5, 6):

 

x=

    

                                              

 

Таблица 5 - Значение dТ50 в зависимости от типа циклона

Тип циклона	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34м
dТ50	8,5	4,5	3,65	2,31	1,95	1,3

 

Таблица 6 - Значение Ф(х) в зависимости от параметра х

х	-2,7	-2,0	-1,6	-1,4	-1,2	-1,0	-0,8	-0,6	-0,2
Ф(х)	0,004	0,023	0,055	0,081	0,115	0,159	0,212	0,274	0,421
Х	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	1,6	1,8	2,7
Ф(х)	0,5	0,579	0,655	0,726	0,788	0,885	0,964	0,964	0,997

 

Значение d50 определяется по формуле:

 

      

 = 32,19                         

 

где ρч – плотность частицы;

μ – вязкость среды; w – скорость потока;

DT=600мм;

ρчТ=1930 кг/м3;

μТ=22,2·106 Па·с;

wТ=3,5 м/с (индекс «т» означает типовое значение параметра).

 

Рассчитывают конструкционные размеры циклона (рисунок 1) в соответствии с диаметром D выбранного циклона:

 

х = kD,                                                 

 

где х – параметр циклона (диаметр, ширина, высота);

k – коэффициент пропорциональности (таблица 7).

 

Радиус улитки:

ρ = D/2 + bφ/2π,

 

где b – ширина входного патрубка;

φ=135°=2,35 рад.

 

Таблица 7 - Значения коэффициента пропорциональности k

Параметр	Тип циклона
	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34		СК-ЦН-34м
1	2	3	4	5	6		7
Диаметр выхлопной трубы d	0,59			0,334	034		0,22
Диаметр пылевыпускного отверстия d1	0,3–0,4			0,334	0,23		0,18
Диаметр входного патрубка b	0,2			0,264	0,214		0,18
Длина входного патрубка l	0,6
Высота входного патрубка а	0,48	0,66	1,11	0,535	0,515		0,4
Высота выхлопной трубы (ВТ) hт	1,56	1,74	2,11	0,535	0,515		0,4
Высота внешней части (ВТ) hв	0,3	0,3	0,4	0,2-0,3
Высота цилиндрической части Нц	2,06	2,06	2,11	0,535		0,515	0,4
Высота конуса Нк	2,0	2,0	1,75	3,0		2,11	2,6
Высота установки фланца hфл	0,1
Общая высота циклона Н	4,38	4,56	4,26	3,835		2,925	3,3

 

 

Рисунок 1 – Конструктивная схема циклонов

 

Задание 2. Расчет пористых металлических фильтров для пылеочистки

 

2.1 Краткие теоретические сведения

Процесс фильтрации основан на задержании частиц примесей в пористых перегородках при движении дисперсных систем через них. Процесс фильтрации характеризуется следующими параметрами: эффективность очистки, тонкость очистки, пористость, скорость фильтрации, пропускная способность, гидравлическое или аэродинамическое сопротивление.

Абсолютная тонкость очистки – это максимальный размер частиц, прошедших через фильтр. Номинальная тонкость очистки – это размер частиц, для которых фракционная эффективность очистки равна 0,97. Предпочтительный ряд: 1; 2; 5; 10; 16; 25 мкм и т. д.

Пористостью фильтроэлемента называется отношения объема пустот к полному объему фильтроэлемента:

 

П=Vп/V,

 

где Vn – объем пустот, м3;

V – полный  объем фильтроэлемента, м3.

Скорость фильтрации – это отношение объемного расхода Q, м3/с очищаемого вещества к площади фильтрующей поверхности F, м2:

 

w=Q/F,                                                   

 

Удельная массовая пропускная способность фильтра G кг/(м2·с):

 

G=wρ,                                                     

 

где ρ – плотность очищаемого вещества, кг/м3.

Гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление фильтра – это разность давлений на входе и выходе фильтра. При проектировании назначается начальное и конечное сопротивление фильтра. При достижении конечного сопротивления процесс фильтрации прекращается, и фильтр подвергается регенерации.

 

  2.2 Методика расчета

Выбирают материал для изготовления фильтроэлемента, исходя из условия эксплуатации фильтра, прочностных, коррозионных характеристик материала и экономических соображений (или согласно варианта).

Определяют максимальный размер пор dп макс, мкм:

 

dп макс = 3dто абс

dп макс = 3·10=30

 

 

где dто a6c – абсолютная тонкость очистки, мкм.

Определяют средний размер пор dп ср, мкм:

 

dп ср = 1,25 dп максП0,3

dп ср = 1,25·30·0,280,3=25,59·10-6м

 

 

где П – пористость фильтроэлемента.

  Определяют размер частиц порошка для изготовления фильтроэлемента dч ср, мкм:

 

dч ср = dп ср/ П2

dч ср = 25,59/0,282=326,4