Промышленная экология

 

 

Назначают толщину фильтроэлемента h по технологическим и прочностным соображениям в пределах 0,25–5мм (обычно – 1мм).

Находят скорость потока в порах wп, м/с:

 

                                                     

 

где ΔРнач – начальное сопротивление фильтра, Па;

μ – вязкость фильтруемого вещества, Па с.

Определяют площадь фильтрации F, м2:

 

              (18)

 

 

Определяют расчетное конечное сопротивление фильтра ΔРкон р, Па:

 

                  

           (19) 

 

где А – опытный коэффициент, зависящий от размеров частиц и размер пор: для очистки газов А=5,25·103 с–1, для очистки жидкостей А=10 с–1;

                τ – время работы фильтра, с;

                qвх – объемное содержание твердых частиц в фильтруемом веществе на входе фильтра: qвх=Свх/ρч, Свх – концентрация загрязнителя, кг/м3;

                ρч – плотность частиц загрязнителя, кг/м3;

                В – показатель, рассчитываемый по формуле, с/м:

 

                       (14)

    

 де wф  - скорость фильтрации, м/с;

                 П0 - пористость осадка, ПО=0,5.

 

wф=Пwп,               (15)

wф= 0,28·3,13= 0,87

 

Определяют максимально допустимое время работы фильтра (если ΔРкон р отличается от заданного ΔРкон) τ, c: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 3. Расчет скруббера и форсунки

Исходные данные таблица 9.

Таблица 9 - Исходные данные для задания 3

№ вар.	Qг, м3/ч	υ, м/с	3/ч	ΔPж , МПа	γ	β
4	1500	1,5	15	0,2	0,73	75

 

Определяют сечения скруббера S, м2:

 

               ,                                                          (19)

=1000,

где Qг − объемный расход очищаемого газа, м3/с;

                 υ − скорость пропускания потока, м/с.

Определяют диаметра скруббера скр, м:

 

     ,                                                            (20)

 

    =35,69

 

Определяем высоты скруббера Нскр, м:

 

Нскр = (3…4)Dскр                                                   (21)

  Нскр = 3·35,69 = 107,07

Расчет форсунки:

Определяют диаметр сопла форсунки dc, м:

                                             (28)

Определяют диаметр вкладыша и равный ему внутренний диаметр корпуса форсунки D, мм:

D = 1,925 dc                  (23)

D = 1,925 ·24=

 

Так как dc<14 мм значение D принимаем 27 мм.

Определяют высоту вкладыша h, мм:

h = 2,5+2dc                                                             (24)

h = 2,5+2·24 =

 

Определяют длину соплового канала l1, мм:

 

l1 = (0,5/1,0)dс                        (25)

l1 = (0,5/1,0)·24

 

Определяют высоту камеры смещения l2, мм:

 

,               (26)

где θ=110–130° – угол конусности камеры.

Определяют диаметр центрального канала, d0, мм:

 

                                         (27)

7,6

 

Определяют суммарную площадь закручивающих каналов Sк, мм2:

 

Sк = 1,075πd02                                                       (28)

 

 

 

 

 

Определяют угол наклона закручивающих каналов:

 

,                                    (29)

 

где β – угол, рад.

Далее находят α=10х (рад) и переводят в град, где x=lgα.

Определяют размер закручивающих каналов а, мм:

 

,                                                       (30)

 

где n=4÷6 – число каналов.

По необходимости определяют средний объемно-поверхностный диаметр капель жидкости dж, мм:

 

                                              (31)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 4. Расчет процессов и аппаратов адсорбции газов

Исходные данные таблица 10.

 

Таблица 10 - Исходные данные для задания 4

№ вар.	Q, м3/ч	Вещ.	VmA, см3/моль	C0 г/м3	dЭ, мм	ρн, кг/м	ρк, кг/м3	α, кг/кг	ΔР, кПа
4	300	NH3	25,8	70	2	350	550	0,27	1,7

 

При проектировании адсорбера необходимы следующие исходные данные:

- объемный расход очищаемого  газа (воздуха) Q, м3/с;

- концентрация примеси  С0, кг/м3;

- свойства очищаемого  газа (температура, плотность, вязкость);

- давления отходящих  газов.

Рассчитывают коэффициент диффузии примеси в воздухе D, м2/с:

 

,                                        (32)

 

где Т – температура потока, К;

                Р – давление (атмосферное), Па;

                VmA, VmB, MA и МB – мольные объемы (см3/моль) и массы (кг/кмоль) соответственно примеси (А) и воздуха (В).

Мольные объемы определяют как сумму атомных объемов элементов. Мольные массы определяют как сумму атомных масс элементов. Для воздуха: VmВ=29,9 см3/моль; МB=29 кг/кмоль.

Рассчитывают коэффициента массопередачи К, 1/с:

 

,                                                     (33)

 

 

де D – коэффициент диффузии, м2/с;

                ν – кинематическая вязкость  очищаемого газа, м2/с (для воздуха, при 20 °С  ν =16·10–6 м2/с, плотность ρ=1,2 кг/м3);

               dЗ – размер зерна сорбента, м.

Определяют время процесса адсорбции τ, с:

(34)

 

 

= 2,8

где С=αρH – концентрация адсорбируемого вещества в адсорбенте, равновесная с концентрацией потока, кг/м3;

                 Н – высота слоя адсорбента, принимаем Н=1м;

                 υo– скорость газового потока, поступающего в адсорбер, принимаем υo =0,5 м/с.

Коэффициент b определяется в зависимости от концентрации примеси на входе адсорбера С0, и требуемой концентрации примеси на выходе адсорбера С1 (таблица 11), принимаем С1=0,5 г/м3.

 

Таблица 11 - Значения коэффициента b

C1/С0,	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009	0,010	0,012	0,014	0,030
b	1,84	1,80	1,76	1,73	1,70	1,67	1,62	1,58	1,35

 

Определяют минимально необходимую массу сорбента m, кг:

 

,                                                          (35)

 

где α – статическая поглотительная способность сорбента в рабочих условиях,кг/кг;

                К3=1,2 – коэффициент запаса.

Коэффициент формы зерен, учитывающий неравную доступность всей

поверхности зерна обдувающему потоку:

 

,                                    (36)

 

где dЗ – диаметр зерен, мм.

Пористость слоя сорбента:

 

,                                                  (37)

 

где ρК и ρН – кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/м3.

Эквивалентный диаметр зерен dЭ, м :

 

,                                (38)

 

где dЗ – диаметр зерен, м;

                П – пористость слоя сорбента.

Критерия Рейнольдса, учитывающий характер потока:

 

,                                                      (39)

 

где υo =0,5 м/с;

                ρГ=1,2 кг/м3;

                μ=19,2·10–6 Па·с.

Коэффициент гидравлического сопротивления:

 

при Re<50                                           R=220/Re                                             (40)

 

при 50≤Re<7200                                 R=11,6/Re0,25                                        (41)

 

Определяют скорость потока газа υ (м/с) через адсорбер в зависимости от падения давления, параметров сорбента и газа:

 

,                                             (42)

 

где ΔР – падение давления, Па.

 Диаметр адсорбера DA, м:

 

                                                       (43)

Длина (высота) слоя сорбента L, м:

 

                                                      (44)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 5. Расчет адсорбера

Сточные воды образуются на многих участках различных производств. На участках нанесения гальванических покрытий образуется сточная вода, загрязненные кислотами, тяжелыми металлами и их солями и другими веществами, в том числе цианидами. Сточную воду необходимо очистить перед сбросом. Наиболее эффективным способом является адсорбция. При подаче озона в сточную воду цианид-ионы окисляются:

 

CN– + O3 = CNO– +O2                                                                   (45)                                                   

 

По мере окисления цианид-ионов в сточной воде появляются цианит-ионы CNO–. Около 30 % цианит-ионов окисляются по схеме:

 

2CNO– + 3O = 2NCO3+3O2                                                            (46)

 

Остальные цианит-ионы гидрализуются в сточной воде с образованием NH3 и окислением до NO3. Для подачи озоновоздушной смеси в адсорбер и ее равномерного распределения используют шамотно-силикатные пористые элементы в виде патронов с замкнутым дном (наружный диаметр – 50 мм, внутренний – 30мм, длина – 230 мм, средний размер пор – 0,1 мм).

Для расчета адсорбера необходимы следующие исходные данные: расход сточной воды, концентрация загрязнителя в сточной воде(Таблица 12).

Таблица 12 - Исходные данные для задания 5

№ вар.	Q, м3/ч	CCN, кг/м	k	τ, ч	n	Рa, МПа	Qэ, м3/с
4	12	0,05	1,18	0,75	2	0,18	0,0035

 

Определяют объем адсорбера V, м3:

 

,                                                        (47)

= 75,85

 

где Q – расход сточной воды, м3/ч;

                 τ – время цикла очистки (заполнение, обезвреживание,  опорожнение);

                 k – коэффициент запаса (1,15–1,2);

              у – коэффициент заполнения адсорбера (0,6–0,8);

               n – количество адсорберов (обычно 2).

 

Выбирают фактический объем VH адсорбера по ряду номинальных внутренних объемов сосудов и аппаратов (ближайшее значение к расчетному) по таблице 13.

 

Таблица 13 - Ряд номинальных внутренних объемов сосудов и аппаратов

0,010	0,100	0,32	1,00	3,2	10	32	100	320
0,016	0,125	0,40	1,25	4,0	–	40	125	400
0,025	0,160	0,50	1,60	5,0	16	53	160	500
0,040	0,200	0,63	2,00	6,3	20	63	200	–
0,063	0,250	0,80	2,50	8,0	25	80	500	–