Министерство  образования и науки Российской Федерации

НОУ ВПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ «ВТУ»

 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

  ПО ДИСЦИПЛИНЕ  «ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ  ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»

Вариант 6

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                            Студента группы: БПЗО-ПО-305                                     Направление:  «Защита                            окружающей среды»

                                      Власова Наталья  Евгеньевна

                                            Преподаватель:

                                            Федорченко Владимир  Иванович 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                       Оренбург, 2009

      Содержание 

1. Очистка отходящих газов.

1. Пылевые камеры.

1. Теоретическая часть.
2. Расчет пылевой камеры.

2.1. Циклоны.

1.2.1. Теоретическая часть.

1.2.2. Расчет циклона.

3.1. Полые скрубберы.

1.3.1. Теоретическая часть.

      1.3.2. Расчет полого скруббера.

      2. Очистка сточных вод.

      2.1. Расчет ионитного фильтра.

      2.1.1. Теоретическая часть.

      2.1.2. Расчет ионитного фильтра.

      3. Список литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Очистка отходящих  газов

 

1.1. Пылевые камеры 

1.1.1. Теоретическая часть 
 

     Пылевые камеры представляют собой конструкции прямоугольного сечения, выполненные из  металла или бетона (кирпич). Схема пылевой камеры представлена на рисунке 1.1. 

      Запыленный  газ                                                                        Очищенный газ

        
 
 
 
 
 
 

      Осажденная пыль 

                 Рисунок 1  Схема пылевой камеры (вид сбоку) 

      При входе в пылевую камеру скорость пылегазового потока резко уменьшается  за счет увеличения площади поперечного  сечения в пылевой камере. Скорость газа составляет 1-2 м/с,  при этом частицы пыли в условиях ламинарного движения под действием силы тяжести движутся вниз и выпадают на дно камеры. Диаметр осаждаемых частиц зависит от конструктивных параметров пылевой камеры. Главным условием эффективной работы пылевой камеры является то, что время осаждения частиц должно быть меньшим времени проскока частиц через     длину пылевой камеры вместе с газовым потоком. В самых неблагоприятных условиях находятся частицы, которые попадают в верхнюю часть пылевой камеры, т.е. высота осаждения пыли максимальная.

      Рассмотрим  связь между параметрами частиц и пылевой камеры, которые обеспечивают ее эффективную работу.

      Осаждение частицы под действием силы тяжести  и с учетом сопротивления среды  определяется формулой Стокса

        

                                                                                        (1.1) 

      где v_вит – скорость осаждения частицы; d – диаметр частицы пыли; g – ускорение свободного падения; - плотность вещества пылевой частицы; - динамическая вязкость газа.

      С учетом высоты пылевой камеры время  осаждения равно 

                                                                                                   (1.2) 

      где a – высота камеры.

      Время прохождения частицей пылевой камеры (tпр) по длине (L) определяется формулой 

                                                                                                         (1.3)

                                                   

                                                                                                (1.4) 

      где vпр – скорость движения газа в пылевой камере; V - ; S – площадь поперечного сечения;

            Подставим  (1.4) в (1.3), получим 

                                                                                                    (1.5) 

      Условием  осаждения частицы, поступающей  в верхнюю часть пылевой камеры, является равенство выражений (2) и (5)

               

                                                                                      (1.6) 

      где L*b=Sосн – площадь основания камеры. 

                                             V=Sосн*vвит                                                     (1.7) 

      Подставим выражение (1.1) в (1.7)

               

                                                                                          (1.8)

                                                

                                                                                               (1.9) 
 

      Из  формулы (1.9) следует, что эффективность  пылевой камеры тем больше, чем  меньше расход газа, больше плотность  вещества и частицы и больше площадь  основания камеры.

      Частицы, которые попали не в верхнюю часть  пылевой камеры, а в средние  и нижние слои осаждаются быстрее или, можно сказать, что из средних и нижних слоев пылегазовых потоков успевают опасть частицы меньших размеров. Размер таких частиц определяется по формуле

                                              

                                                                                       (1.10) 

      где h – высота от основания пылевой камеры до частицы в момент входа ее в камеру.

            Пылевые камеры имеют  размеры длиной L = 25-40 м, a=8-12 м, b= 10-20 м. Из-за больших размеров пылевые камеры используют также для охлаждения пылегазовых потоков.

      Эффективность пылевой камеры по улавливанию частиц размером 20-50 мкм, составляет 35-40%. 
 

1.2.1.  Расчет пылевой  камеры 

      Исходные  данные для расчета: 

1. Скорость  запыленного газа по сечению камеры – 1,0 м/с.
2. Наименьший диаметр частицы осаждаемой пыли – 55*10^-6 м.
3. Вязкость газа – 18,2*10^-6 Н*с/м.
4. расход газа – 21 000 м³/ч.
5. Плотность вещества пыли – 2600 кг/м³.

 

     При выполнении данного расчета требуется  определить размер пылевой камеры для  осаждения частиц требуемого размера. При этом принимается, что давление газа в камере составляет 20 ^оС и давление газа близко к атмосферному.  

     Вначале определяем скорость витания частиц w_вит. Для этого используется формула:

      

       w_вит = (d²*ρ*g)/(18μ)=[(55*10^-6)²*2600* 9,8]/(18*18,2*10^-6)=0,235 м/с                                                 

      где d – наименьший диаметр улавливаемых частиц, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²; μ – динамическая вязкость газов, Н*с/м².

По  формуле: 

     S_осн = V/w_вит = 21000/(3600*0,235)= 24,82 м²

где V-объем газа, проходящего через камеру, м³/с, определяется площадь основания пылевой камеры.

     По  известной горизонтальной скорости газа в камере w_г определяют площадь вертикального сечения пылевой камеры:

                   

       S_в =V/w_г = 21000/(3600*1)=5,83 м² 

      Ширина  и высота пылевой камеры обычно выбираются близкими по значению. В случае квадратного  сечения а = b  и  

      а = b = (S_в)^0,5= (5,83)^0,5= 2,42 м² 

      И, наконец, определяют длину пылевой  камеры L, пользуясь уравнением: 

      L = S_осн/b= 24,82/2,42= 10,26 м 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.2 Циклоны 

      1.2.1 Теоретическая часть 

      Циклоны в настоящее время являются наиболее распространенными устройствами для  очистки газа от пыли. Для частиц размером a > 5 мкм, эффективность очистки составляет 95%.

      Конструктивно циклон (рисунок 1.2) представляет собой  цилиндрический корпус радиусом 0,5…1,0 м, в верхней части которого тангенциально (по касательной) вставлена входная  труба прямоугольного сечения. Запыленный газ подается через входную трубу со скоростью примерно 25 м/с и, закручиваясь, движется по спирали в нижнюю часть цилиндрического корпуса. Тяжелые (по сравнению с молекулами газа) частицы пыли, под действием центробежных сил, отбрасываются на стенки цилиндрического корпуса и ссыпаются вниз, в пылесборник. Очищенный газ выходит через выходную трубу, которая расположена по оси цилиндрического корпуса.

      Рассмотрим  принцип работы циклона. На частицы, движущиеся в газовом потоке, действуют  две силы:

      - центробежная, которая отбрасывает частицы к стенке цилиндрического корпуса

                                                   

                                                  (1.16)

      - сила сопротивления среды 

                                             

,                                             (1.17)

      где d – диаметр частицы; -динамическая вязкость газа; - радиальная скорость движения частицы. Вектор этой скорости совпадает с вектором центробежной силы, т.е. направлен радиально от оси циклона.