2. Расчет электрофильтра

Рассчитать пластинчатый электрофильтр для очистки воздуха V_сек=30000 м³/час с температурой t_в =70 ⁰С. Наименьший размер улавливаемых частиц d_ч=0,2 мкм. Градиент напряжения Е=3,0 кВ/см, расстояние между пластинами (или радиус осадительного элеткрода) R₂=150 мм, диаметр коронирующего электрода D₁=2 мм, длина пластины L=3 м, ширина пластины b₀=1,5 м, плотность тока i=0,25 10^-3 А/м. Динамическая вязкость воздуха при данной температуре =2,1 10^-6 Па с.

Расчет электрофильтра проводят по следующей методике:

1. Разность потенциалов между электродами

U=Е*R=3(15,0-0,1)=44,545, кВ=4,5*10¹² эл.маг.ед.,

где Е –градиент напряжения, кВ/см, R – расстояние между разноименными электродами, см (100-200 мм).

2. Время движения осаждающейся частицы:

где R₂ – радиус трубы электрофильтра, см (для пластинчатого электрофильтра – R₂ – расстояние между осадительным электродом и осью коронирующего электрода); R₁ – радиус коронирующего электрода, см; А – коэффициент, определяемый по формуле:

где U – разность потенциалов в электромагнитных единицах (1 эм ед.=10^-8 В); е- 1,59*10^-20 – заряд электрона в эм единицах;  -длина пробега молекул газа, в зависимости от температуры, см.

где t – температура газа, ⁰С; ₀ - средний пробег воздуха при 0 ⁰С, см (1,12*10^-5).

3. Предварительно выбираем время пребывания газа в электрофильтре =(2 ÷ 4 сек), затем определяем необходимый объем газа:

V_эл=V_сек*=30000*3/3600=25,0 м³,

где V_сек –объемный расход газа, м³/сек.

4. Выбрав длину труб или пластин и диаметр или расстояние между пластинами, определяется объем одной трубы или секции V₀. Тогда потребное количество труб или секций будет следующим:

(для пластинчатого электрофильтра).

(для трубчатого электрофильтра)

Округляя число труб или секций в большую сторону до n, определяется действительное время пребывания газа в электрофильтре:

5. Скорость движения газа в трубах секциях

где f =R₂*b₀ или f =π*R₂² – площадь сечения трубы или секции, м².

6. Расход энергии

где i – плотность тока, А/м; η –КПД электрофильтра (0,7-0,8).

Теоретическая степень очистки газов в электрофильтрах определяется по следующим формулам:

- трубчатый электрофильтр: ,

• пластинчатый электрофильтр:

где w_ч – скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с; w_г – скорость газа в активном сечении электрофильтра, т.е. в свободном сечении для прохода газа, м/с (0,8-1,7 м/с); L – активная длина электрофильтра, т.е. протяженность электрополя в направлении входа газа, м.

Для определения скорости движения частиц к осадительным электродам используют следующие формулы:

для частиц с d_ч 1 мкм –

для частиц с d_ч 1 мкм –

где E – напряженность электрического поля В/м;  - динамическая вязкость среды, Па*с; С – коэффициент, равный А*/ d_ч (А=0,815-1,63);  - длина среднего пробега молекул газа, м.

3. Расчет необходимой степени очистки

Определить необходимую степень очистки сточных вод по БПК_полн перед сбросом в широкую реку с характеристикой русла 1 в летний период года и зимний период года 1, при следующих исходных данных: расход сточных вод q =0,6 м³/с, расход воды в водоеме Q = 20 м³/с, средняя скорость течения воды v_ср =0,64 м/с, глубина реки Н_ср =1,2 м, расстояние от места выпуска сточных вод до места забора воды l =3,5 км и l_п =3,0 км, выпуск сточных вод у берега. Константа скорости потребления кислорода сточной воды k_ст = 0,16, речной воды k_р =0,1. БПК_полн сточной воды, поступающей на очистку L_а = 400 мг/л, речной воды L_р =1,8 мг/л смеси сточной и речной воды L_пд = 6 мг/л.

1.Разбавление сточных вод

1.1. В реках различных типов

- летние условия

- зимние условия

где q - расход сточных вод, м³/с; Q - расход воды в водоеме, наименьший среднемесячный, 95% обеспеченности, м³/с; - коэффициент смешения.

1.2. В водохранилищах и озерах

где n_н – начальное разбавление в месте выпуска; n_о - основное разбавление, возникающее при перемещении воды от места выпуска к расчетному пункту.

а) при выпуске в верхнюю треть глубины или мелководье

,

б) при выпуске в нижнюю треть глубины

,

2. . Коэффициент смешения

- летние условия

- зимние условия

где l – расстояние от места выпуска сточных вод до места забора воды, м; q - расход сточных вод, м³/с; Q - расход воды в водоеме, наименьший среднемесячный, 95% обеспеченности, м³/с.

3. Коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения:

- летние условия

- зимние условия

где  - коэффициент, учитывающий извилистость русла реки ( =l/l_п);  - коэффициент, учитывающий место расположения выпуска сточных вод (у берега =1, русловый выпуск =1,5).

4. Коэффициент турбулентной диффузии

- летние условия

- зимние условия

где v_ср – средняя скорость течения воды, м/с; Н_ср – глубина реки, м; n_ш - коэффициент шероховатости (табл. 2); С – коэффициент Шези.

4.1. Для летних условий:

Коэффициент Шези

где R - гидравлический радиус, м (для широких рек R = Н_ср); у – показатель, являющийся функцией коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса.

для R < 1 м

для R > 1 м

Таблица 2

Коэффициент шероховатости для открытых русел

Характеристика русла	nш	1/nш	Характеристика русла	nш	1/nш
1. Реки с весьма благоприятными условиями течения 2. Реки с благоприятным течением реки 3. Реки со сравнительно благоприятными условиями течения. 4. Реки, извилистые с некоторыми отклонениями в направлении струи.	0,025 0,03 0,035 0,04	40 33,3 28,6 25	5. Реки, извилистые и частично заросшие. 6. Порожистые участки равнинных рек. 7. Реки (со слабым течением) и поймы, весьма заросшие. 8. Реки горноводопадного типа. 9. Реки болотного типа.	0,05 0,067 0,08 0,1 0,133	20 15 12,5 10 7,5

Таблица 3

Коэффициент шероховатости n_л

Период	nл
Первая - вторая декада декабря Последняя декада декабря – начало января Середина января первая декада февраля Конец февраля – начало марта Март	0,15-0,06 0,1-0,04 0,05-0,03 0,04-0,015 0,025-0,01

4.2. Для зимних условий:

Приведенный коэффициент Шези

Приведенный коэффициент шероховатости

где n_л - коэффициент шероховатости нижней поверхности льда (табл. 3).

Приведенный гидравлический радиус

Для определения у_пр в формулы вместо n_ш следует подставлять n_{ш пр.}.

5. Расстояние до створа практически полного смешения, т.е. смешения сточной воды с 0,8-0,95 расхода воды водоема

- летние условия

- зимние условия

где  - коэффициент смешения, равный 0,8-0,95.

6. Продолжительность перемещения воды от места выпуска сточных вод до места забора воды

7. Допустимая величина БПК_полн в очищенных сточных водах

- лето

- зима

где L_п.д. – предельно допустимая БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мг/л.

8. Необходимая степень очистки

- летние условия

- зимние условия

где L_а – БПК_полн сточных вод, поступающих на очистку, мг/л.