Модернизация системы очистки выбросов на ОАО «Татхимфармпрепараты»

 

I1п = 2480 + 1,96 t1                                                  (3.2)

I2п = 2480 + 1,96 t2                                                  (3.3)

 

Пренебрегая теплопотерями в окружающую среду, полезный рабочий объём скруббера, м³, рассчитывают по формуле:

 

Vскр = Q/kΔt                                              (3.4)

 

k – объемный коэффициент  теплопередачи в скруббере, Вт/(м³∙˚С);

Δt – средняя разность температур газа и жидкости, ˚С.

Среднюю разность температур газа и воды в сруббере (газ и  вода движутся противотоком) определяют из выражения:

 

Δt = [(t1 - tk) – (t2 - tн)]/2,3lg∙(t1 - tk)/(t2 - tн)                     (3.5)

 

tk и tн – начальная и конечная температура воды, ˚С.

Рассчитаем полый скруббер, где

V0 = 120 тыс м³/ч; t1 = 225 ˚С, t2 = 100 ˚С;

 

f1 = 70 г/м³; 27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2; давление газа перед скруббером ρ = 49000 Па; барометрическое давление ρбар = 101325 Па; температура воды, поступающей в скруббер, tн = 30 ˚С.

1) найдём количество  сухих газов при нормальных  условиях:

 

V0 сух= V0 вл ∙ 0,804/(0,804 + f1)                                 (3.6)

V0 сух= (120000/3600)∙0,804/(0,804 + 0,07) = 30,66

 

2) Рассчитаем объёмную  теплоёмкость газа при нормальных условиях:

 

N2 = 1,040∙1,25 = 1,29 кДж (м³∙˚С)                           (3.7)

СО2 = 0,836 ∙ 1,963 = 1,64 кДж (м³∙˚С)                     (3.8)

О2 = 0,911∙1,429 = 1,30 кДж (м³∙˚С)                         (3.9)

 

Тогда Ссм = 1,25∙0,63 + 1,64∙0,276 + 1,30∙0,094 = 1,36 кДж (м³∙˚С)   (3.2.1)

3) Найдём начальную  и конечную энтальпию водяного  пара:

 

Q=Vо∙[ссм∙(t – t )+f1∙(I1п–I2п)                           (3.2.2)

I1п = 2480 + 1,96 ∙t1

I2п = 2480 + 1,96∙t2

I1п = 2480 + 1,96∙225 = 2921 кДж/кг

I2п = 2480 + 1,96∙100 = 2676 кДж/кг

Q = 30,66∙ [1,36∙(225 – 100) +0,07∙ (2921 – 2676)] = 5738,01 кВт

 

Находим конечную температуру  воды tк на выходе из скруббера. Она  может быть принята на 5 – 10 ˚С ниже температуры мокрого термометра. Температура мокрого термометра

t1 = 225 ˚С и f2 = 70 г/м³

tм = 57 + (62 – 57)/100∙50 = 59,5 ˚С                           (3.2.3)

 

конечная температура  воды tк = 59,5 – 9,5 = 50 ˚С

Рассчитываем среднюю  разность температур газа и воды в  скруббере по формуле:

 

Δt = (225 – 50) – (100 – 30)/2,3lg∙ [(225 – 50)/(100 – 30)] = 114 ˚С

 

Определяем рабочий  объём скруббера по формуле. Объёмный коэффициент теплопередачи принимаем  равным 200 Вт/(м³*˚С);

 

Vскр = 5738,01/(200∙114) = 252 м³

Мв = (5708,01∙10³)/[0,5(2010∙100 – 30) + (1 – 0,5)∙(50 – 30)] =

= 57,1 кг/сек                                        (3.2.4)

 

Конечное влагосодержание  газа на выходе из скруббера определяем по диаграмме I – χ. Для этого на линии насыщения φ = % находим точку, соответствующую tм = 59,5˚С. Двигаясь от этой точки по линии I = const до пересечения с линией соответствующей t2 = 100 ˚С, находим, что на выходе из скруббера влагосодержание газа χ2 = 0,130 кг/кг. Для выражения влагосодержания f2 = χ2ρ0 кг/м³ находим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле:

 

ρ0 = 1/100(1,963∙27,6 + 1,25∙63 + 1,429∙9,4) = 1,46 кг/м³          (3.2.5)

 

Тогда f2 = 0,130∙1,46 = 0,19 кг/м³

 

Рассчитываем объём  газа при рабочих условиях на выходе из скруббера по формуле:

V = 120000/3600∙101325(273 + 100)/273∙(101325 + 49000)∙(1 + 0,19/0,804) = 24,75 м³/с

 

Определяем размеры  скруббера. Приняв скорость газа в нём  равной 1,0 м/с, рассчитываем диаметр  скруббера;

 

D = √4V/πν                                                              (3.2.6)

D = √(4∙24,75)/(3,14∙1,0) = 5,62 м

 

Высоту скруббера находим  из уравнения 

 

Н = 4Vскр/πD²                                                       (3.2.7)

Н = 4∙252 /3,14∙5,62² = 10,16 м

 

Отношение Н/D = 10,16/5,62 = 1,8 близко к рекомендуемой практикой  величине 2,5

Рассчитываем количество форсунок для установки в скруббере. Принимаем в установке в скруббер эвольвентные форсунки диаметром 75 мм и с соплом диаметром 25,3 мм. Задавшись  давлением воды перед форсункой 2∙10³ кПа, по графику находим её производительность:

 

М1 = (18,5 ∙ 1000)/3600 = 5,1 кг/сек                              (3.2.8)

 

Число форсунок, которое  требуется установить в скруббере, составит:

 

n = Мв /М1

n = 57,1/5,1 = 11 шт.

 

3.3 Расчет барабанного вакуум – фильтра

 

 

Для обезвоживания осадков  используют вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью: барабанные типа БсхОу (со сходящим полотном), дисковые типа ДУ и ленточные типа ЛУ. В химической технологии наиболее широко используют барабанные вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью, характеризующиеся высокой скоростью фильтрования, пригодностью для обработки разнообразных суспензий, простотой обслуживания.

Основные технические  характеристики барабанных вакуум-фильтров приведены в таблице 2 [26].

 

Таблица 3

 Техническая  характеристика вакуум-фильтра

 

Показатели	Марка фильтра
	БсхОУ-5-1,75	БсхОУ-10-2,6	БсхОУ-20-2,6	БсхОУ-40-3,4
Площадь поверхностного фильтрования, м3	5	10	20	40
Диаметр барабана, мм	1750	2600	2600	3400
Длина барабана, мм	1000	1330	2700	3800
Частота вращения барабана, мм	0,108…2,05	0,13…1,5	0,13…2	0,1…1,45
Мощность электродвигателя привода, кВт	1,1	1,7	3	5,5
Габаритные размеры, мм	2600х2960х2540	3165х4100х3052	4750х3230х3830	6300х5115х3725
Масса, кг	4990	7600	14432	17432

 

Основными задачами при  проектировании являются расчет требуемой поверхности фильтрования. Подбор по каталогам стандартного фильтра и определение числа фильтров, обеспечивающих заданную производительность.  Расчет проводят в два этапа. На первом определяют ориентировачно общую поверхность фильтрования, на основании которой выбирают число фильтров и их типоразмер. На втором этапе уточняют производительность выбранного фильтра и их число [27].

Перепад давления при  фильтровании и промывании ∆р=6,8∙10^-4 Па;

Температура фильтрования t=20⁰С;

Высота слоя осадка на фильтре hос=10мм;

Влажность осадка ωос =61%;

Удельное массовое сопротивление  осадка rв =7,86∙10¹⁰ м/кг;

Сопротивление фильтровальной перегородки Rф.п. = 4,1∙10⁹м^-1;

Плотность твердой фазы ρт=1740 кг/м³;

Жидкая фаза суспензии  и промывная жидкость – вода;

Массовая концентрация твердой фазы в суспензии хсм=14% (масс.);

Удельный расход воды при промывке (которая проводится при температуре 

53⁰С) υпр.ж.=1∙10^-3м³/кг;

Продолжительность окончательной  сушки осадка τс2 не менее 20 с;

Вязкость воды при 20⁰С μ=1,005∙10^-3Па∙с;

При 53⁰С μпр=0,53∙10^-3 Па∙с;

Плотность воды ρж= 1000 кг/м³.

Плотность влажного осадка:

 

ρос= ρт∙ ρж/[ ρж + (ρт- ρж )∙ ωос] =

=1740∙1000/1000 + (1740-1000)∙0,61= 1198 кг/м³ (3.2.9)

 

Отношение объема осадка на фильтре к объему полученного фильтрата:

 

Х0= хсм∙ ρж/ ρос∙[1 – (ωос  + хсм)]=

=0,14 ∙1000/ 1198∙ [1- (0,61+0,14)] = 0,467   (3.3.1)

 

Масса твердой фазы, отлагающейся при прохождении единицы объема фильтрата:

 

Хв= хсм∙ ρж∙(1 – ωос  )/ [1 – (ωос  + хсм)]=

=0,14 ∙1000∙(1 – 0,61)/ [1 – (0,61 +0,14)] = 218кг/м³   (3.3.2)

 

Продолжительность фильтрования:

 

τф=(μ∙ Хв∙ rв/2∙∆р)∙ (h² ос/ Х² 0) + (μ Rф.п./ ∆р)∙ ( hос/ Х0)=

=(1,005 ∙10^-3∙218 ∙7,86 ∙10¹⁰/2∙ 6,8 ∙10⁴) ∙ (0,01²/0,467²) +

+(1,005∙10^-3 ∙4,1∙ 10⁹/6,8 ∙10⁴)∙( 0,01/0,467) = 59,64 с   (3.3.3)

 

Продолжительность промывки, принимая к=1,1:

 

τ_пр = k∙ (v_пр.ж. ∙ρ _ос ∙r_в ∙х _в ∙μ_{воды 2} ∙h_ос /Δp х ₀ )∙(h_ос +(х ₀ ∙R_ф.п. /r_в ∙х _в)) =

=(1,2∙1∙10^-3∙1198,84∙7,86∙10¹⁰∙218,4∙0,53∙10^-3∙0,01/(6,8∙10⁴∙0,467))∙ ∙(0,01+(0,467∙4,1∙10⁹/7,86∙10¹⁰∙218,4)) = 41,66 с    (3.3.4)

 

Для определения частоты  вращения барабана предварительно зададимся 

Φ_с1= 67°

Φ₀= 20°

Φ_р= 20°

Φ_м1= 2°

Φ_м2= 5°

Φ_м3= 13,5°

Φ_м4= 5°

Тогда

N=(360-( Φ_с1+ Φ₀+ Φ_р+Σ Φ_м1))/360∙( τ _ф+ τ_пр+ τ_с2) =

= (360-(67+20+20+2+5+13,5+5))/

/(360∙(59,6+41,66+30)) = 0,00481 с^-1     (3.3.5)

 

Продолжительность полного  цикла работы фильтра

 

τ_п = 1/n = 1/0,00481 = 207,9 с   (3.3.6)

 

Удельный объем фильтрата

 

V_ф.уд. = h_ос/ х ₀ = 0,01/0,467 = 0,0214 м³/м²     (3.3.7)

 

Общая поверхность фильтрования

 

F_об = V_об∙τ_п/ V_ф.уд∙k_п = 0,00061∙207,9/0,0214∙0,8 = 7,43 м²    (3.3.8)

 

Эту поверхность может  обеспечить один фильтр БсхОУ-10-2,6, имеющий F_ф = 10м²  (рис. 8).

Проверим пригодность  выбранного фильтра. Он имеет следующие  значения углов:

Φ_ф = 132°

Φ_пр+Ф_с2 = 103°    (3.3.9)

 

Рассчитаем n₁  и n₂

 

n₁ = Φ_ф/360∙τ _ф = 132/360∙59,6 = 0,00615 с^-1     (3.4.1)

n₂ = Φ_пр+Ф_с2/360∙( τ_пр+ τ_с2) = 103/360∙(41,66+30) = 0,00399 с^-1  (3.4.2)

 

Т.к. n₂ <n₁, окончательно принимаем частоту вращения барабана n = n₂ = =0,00399 с^-1.

Угол, необходимый для  фильтрования, можно определить, зная продолжительность фильтрования и частоту:

 

φ^'_ф = 360∙ τ _ф∙ n = 360∙59,6∙0,00399 = 85,61°               (3.4.3)

 

Фактически угол сектора  фильтрования в стандартном фильтре  составляет

φ_ф = 132°

Таким образом, часть  поверхности зоны фильтрования оказывается избыточной, поэтому при заказе фильтра целесообразно уменьшить угол фильтрования в распределительной головке на величину:

 

Δ φ_ф = φ_ф - φ^'_ф = 132 – 85,61 = 46,39                      (3.4.4)

 

Этого можно добиться, например, увеличив на то же значение угол Φ_м1.

Продолжительность полного  цикла: τ_п = 1/n = 1/0,00399 = 250,63 с     (3.4.5)

Найдем производительность фильтра:

V_ф = V_ф.уд∙ F_ф∙ k_п/ τ_п = 0,0214∙20∙0,8/250,63 = 0,00136 м³/с    (3.4.6)

 

что соответствует заданной производительности (0,00061 м³/с).

 

 

Рис.8 Вакуум-фильтр марки БсхОУ-10-2,6:

1 – привод; 2 – перфорированное  сито; 3 – распределительная коробка; 4 – вакуумная линия; 5 – мешалка; 6- сливной патрубок; 7 – корыто; 8 – барабан; 9 – фильтровальная  ткань; 10 – устройство для съема осадка; 11 – подача сжатого воздуха; 12 – подача промывной воды; 13 – подача кислоты; 14 – отвод промывных растворов; 15 – привод мешалки

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4   Эколого-экономическое обоснование  внедрения очистного сооружения

 

4.1. Экономическое  обоснование

 

Расчет сметы годовых эксплуатационных расходов Sг произведем по упрощенной формуле. Составляющими сметы годовых  эксплуатационных расходов являются:

Основная и дополнительная заработная плата персоналу:

                   S_зп, руб/год.

Амортизационные расходы:  S_а, руб/год.