Рецензент

д-р биол. наук, доц, А.В. Синдирева (ОмГАУ)

СибАДИ

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве

методическ х указан

й.

М54 Методы

расчета аппаратов для

защиты атмосферы и

гидросферы

[Электронный ресурс] : методические указания к практическим работам / сост:. С.Б.

Ловинецкая,

О.В. Плешакова. –

Омск : СибАДИ,

2019. ‒ URL: http://

bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для

авторизованных пользователей.

Содержат 25 практ ческих ра от, методики расчета основных аппаратов по

очистке атмосферы

г дросферы,

исходные данные для выполнения практиче-

ских работ, контрольные вопросы.

Предназначены для о учающихся по дисциплине «Инженерная защита

атмосферы и

гидросферы» всех

форм

обучения

направления

подготовки

собы

стки газа сточных вод в зависимости от характера и кон-

центрац й загрязняющ х веществ. Методики расчета аппаратов для

С

от вредных веществ азируются на закономерностях тепло- и

массообменых процессов [1-4].

Метод ческ е указания предназначены для выполнения практи-

росферы», а так же может

ыть применён для выполнения выпускной

очистки

квалиф кац онной ра оты.

В метод ческ х указаниях собраны методики для расчета и про-

ектирования

для защиты атмосферного воздуха от аэ-

определяют по уравнению материального баланса, в котором неза-

данной вел ч ной является значение его конечной концентрации Хк..

С

L G Yн Yк / Xк Xн

(1)

где L - расход абсор ента, кг/ч; G - расход инертного газа, кг/ч; Yн, Yк -

начальная

конечная концентрация абсорбтива в газовой смеси, от-

центрац я

массовые единицы; Xн , Xк - начальная и конечная кон-

ва в поглотителе, относительные массовые еди-

носительные

ницы.

Относ тельныемассовыеконцентрацииабсорбтиваввоздухенаходятпо

формуле

абсорY М М y 1 y

(2)

к н

Относительную массовую концентрацию абсорбтива в посту-

Д

пающей на абсорбцию воде находят по формуле:

АX x 1 x

(3)

н

н

н

Для того, чтобы найти Xк

необходимо построить на Y-X-

диаграмме рабочую и равновесную линии процесса.

Состояние равновесия при условии постоянства температуры и

И

общего давления зависимость между концентрациями распределяемо-

го в газовой и жидкой фазах компонента выражается законом Генри:

р* ЕХ

(4)

Удельный расход абсор-

Y

бента l находят из уравнения

С

материального баланса

YН

l L G Y

Y

к

X

к

X

н

(7)

н

Значение lmin находим, под-

ставляя в уравнение (7) величину

Хк*.

Вел ч на l всегда должна

YК

быть больше lmin. Увеличение

допустимые

удельного расхода пр водит к

Суменьшен ю высоты абсорбера

ХН

ХК ХК* Х

и увел чен ю его

аметра. Это

Рис.1. Диаграмма У–Х: ОС–линия равнове-

происход т потому, что с уве-

личен ем l возрастает также

сия; АВ–рабочая линия; А В–предельное по-

формулы(7)сорбтива.

расход поглот теля L, а при

ложение рабочей линии, соответствующее

минимальному расходу поглотителя

этом сн жаются

скорости газа в а сор ере,

по которым находят его диаметр. Поэтому

А

принимают l = (1,1 – 1,5) lmin.

в поглотителе находим из

Конечную концентрацию а

Через точки В и с координатами (Yк;Xн) и (Yн;Xк) проводят

прямую – рабочую линию процесса.

Д

Расход инертного газа вычисляют по формуле:

G Q 1 yн возд

(8)

где возд – плотность воздуха, кг/м3.

Задача 1.1.

Построить линию равновесия и рабочую линию

И

Исходные данные и варианты

Таблица 2

Вариант

Q,

ун,

xн,

ук,

м3/ч

% об.

% вес.

% об.

1

10000

5,0

0,10

0,25

С

15000

7,0

0,12

0,23

2

3

12000

4,5

0,22

0,10

4

20000

5,5

0,15

0,09

5

18000

4,0

0,25

0,12

6

17000

6,5

0,14

0,15

7

11000

8,0

0,13

0,27

8

16000

7,5

0,23

0,27

9

8000

4,7

0,16

0,11

10

13000

5,3

0,20

0,15

11

7000

8,1

0,10

0,24

12

21000

9,0

0,17

0,28

и

13 25000

7,8

0,24

0,21

14

19000

6,3

0,18

0,20

15

30000

5,7

0,19

0,17

16

15000

4,6

0,22

0,11

17

24000

5,8

0,27

0,16

18

35000

7,3

0,19

0,12

19

33000

8,3

0,26

0,28

20

23000

5,2

0,13

0,12

Д

бАПРАКТИЧЕСК Я Р БОТА № 2

Расчет пылеосадительной камеры

Цельработы:приобрестинавыкирасчетапылеосадительныхкамер.

Методика расчета

И

Отделение пыли в пылеосадительной камере происходит при

движении запыленного газа с такой малой скоростью, что частицы

пыли успевают осесть под действием силы тяжести, прежде чем газ

вынесет из камеры. В горизонтальных камерах скорость газового по-

тока (м/с) должна быть такой, чтобы обеспечить ламинарное тече-

ние газов через камеру

Q

,

(1)

B H

поформуле

L 1,5H

.

(2)

ности

ос

коростьв тан ячастицданногодиаметра ос определяютпоформуле

С g

ч

с

d2

ос

18

,

(3)

1

h

L

ос

х1

H

H

,

(4)

7 10 3

L

С

H

h

L

1

ос

H

х1

H

.

(5)

7 10 3

L

- по значен ям х1 и х2

H

из таблицы находят интегралы вероятно-

стей Ф(х1)

Ф(х2) рассчитывают отношение концентрации частиц

арифмет i 1

k

данного размера в расчетной точке выходного сечения камеры к их

концентрац

во входном сечении Ni

Ni

Ф х1 Ф х2 1;

(6)

- усредняют значение Ni

по сечению, вычисляя его среднее

бАп ч

ческое по высоте сечения

N

ср

k

Ni

;

(7)

п.ср 100 Nср .

(8)

При наличии гистограммы пыли на входе в камеру находят пол-

Д

ный коэффициент очистки по формуле

Nвх

d ,

100

где Nвх – плотность распределения, %/мкм; dч – разность граничных

размеров выбираемого диапазона частиц из гистограммы, мкм.

И

Задача 2. 1. Вычислить габаритные размеры пылеосадительной

камеры для улавливания пыли из воздуха, количество которого Q

(м3/ч), плотность 1,293 кг/м3, вязкость 0,02.10-3Па.с. Средний диаметр

частиц пыли dч (мкм), плотность ч (кг/м3).

Таблица 3

Исходные данные и варианты

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Q, м3/ч

3000

2000

1500

2500

2100

2700

2300

3100

2800

1700

dч, мкм

80

110

120

100

110

90

80

100

120

80

ч,кг/м3

2200

700

800

500

1000

900

1300

1200

750

2100

Вариант

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Q, м3/ч

3000

3500

3200

1800

4000

3700

3300

3000

3500

2900

dч, мкм

100

110

80

90

100

120

80

70

90

60

ч,кг/м3

1500

1800

500

600

1900

500

2300

2250

2350

2550

С

Задача 2.2. Определить эффективность осаждения частиц в пы-

леосадительной камере, которая имеет длину L (м), высоту Н (м),

ширину В (м). Расход воздуха через камеру Q (м3/ч), плотность ч

(кг/м3), вязкость газа 0,02.10-3Па.с.

Вариант

Таблица 4

Исходные данные и варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Q, м3/ч

3000

2000

бА

2300

3100

2800

1700

1500

2500

2100

2700

ч,кг/м3

2200

700

800

500

1000

900

1300

1200

750

2100

L, м

2

5

1,5

8

2

2,5

1,5

2

3

1,5

Н, м

0,5

1

0,5

1

0,5

0,7

0,5

0,6

0,8

0,5

В, м

0,7

0,8

0,5

2

0,5

0,7

0,5

0,7

0,8

0,5

Вариант

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Q, м3/ч

3000

3500

3200

1800

4000

3700

3300

3000

3500

2900

ч,кг/м3

1500

1800

500

600

1900

500

2300

1250

550

750

L, м

2

1,5

8

7

2

10

1,5

1,5

9

6

Н, м

0,5

0,5

1

1

0,5

1

0,5

0,6

1

0,7

В, м

0,5

0,6

2

1,5

0,5

1,8

0,5

0,8

1,6

1

ПРАКТИЧЕСК Я Р БОТА № 3

Расчет циклона

Цель работы: приобрести навыки расчета циклонов.

Методика расчета

И

Д

При проектировании циклона выбирают его геометрию,

затем

Оптимальная скорость движения газа в циклоне

Таблица 5

Тип циклона

ЦН-15

ЦН-24

ЦН-11

СДК-ЦН-33

СК-ЦН-34

СК-ЦН-34м

оп, м/с

4,5

3,5

3,5

2,0

1,7

2,0

РассчитываютдиаметрциклонаD(м),используяуравнениерасхода(1)

D

,

(1)

4Q оп

Полученное значение следует округлить до ближайшего типо-

Если

вого значен я внутреннего диаметра циклона. В России и СНГ приня-

Сты следующ е т повые внутренние диаметры циклонов: 200, 300,

400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и

3000 мм.

расчетный диаметр циклона превышает его макси-

бА

мально допуст

мое значение, то необходимо установить два или бо-

ния газа в ц клоне по формуле

4 Q

,

(2)

n D2

где п – число циклонов.

Действительная скорость газа в циклоне не должна отклоняться

от оптимальной более чем на 15 %.

Коэффициент гидравлического сопротивления одиночного ци-

клона определяют по формуле

k1

k2 500 ,

(3)

где k1 – поправочный коэффициент, учитывающий диаметр циклона (таб-

И

лица 6); k2 – поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа

(таблица7); 500 – коэффициентгидравлическогоДсопротивления одиночно-

гоциклонадиаметром500мм(таблица8).

Таблица 6

Значение коэффициента k1

Тип циклона

Значение k1 для 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

0,90

0,93

1,0

1,0

СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

34м

Значение коэффициента k2

Таблица 7

Тип циклона

Значение k2 при 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

ДК-ЦН-33

1

0,81

0,785

0,78

0,77

0,76

0,745

К-ЦН-34

1

0,98

0,947

0,93

0,915

0,91

0,90

дравлипе в атмо- г -

0,97

0,95

пе в атмо-

вгидравли-

К-ЦН-34м

1

0,99

–

–

–

С

Таблица8

Г дравл ческое сопротивление одиночного циклона диаметром 500 мм

Тип

бА

3

Значен я 500

Тип

Значения 500

цикло-

при выхло-

при выхлопе в

циклона

при выхло-

привыхлопе

на

сферу

ческую сеть

сферу

ческуюсеть

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

Гидравлическоесопротивлениециклона определяютпоформуле

р

2

,

(4)

2

где - плотность газа в расчетном сечении аппарата,

кг/м ; - ско-

рость газа, м/с.

Эффективность очистки газа в аппарате определяют по формуле

0,51 Ф х ,

И

(5)

где Ф(х) – табличная функция параметраДх (таблица 9).

Функция параметра Х

Таблица 9

Значение Х

-2,70

-2,0

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

Ф(Х)

-0,0035

0,0228

0,0359

0,0548

0,0808

0,1151

Значение Х

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

Ф(Х)

0,1587

0,2119

0,2743

0,3446

0,4207

Значение Х

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ф(Х)

0,5000

0,5793

0,6554

0,7257

0,7881

0,8413

Значение Х

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,7

Ф(Х)

0,8849

0,9192

0,9452

0,9641

0,9772

0,9965

х lg d50 d50T

1

,

(6)

lg2 T lg2

где d50

и dT50 – размеры частиц, удаляющихся на 50 % в условиях ра-

боты данного и типового циклона соответственно; lg и

lg T - сред-

нее квадратическое отклонение в функции распределения частиц по

размерам в условиях работы данного и типового циклона соответст-

венно. Значен я dT50 lg T приведены в таблице 10.

Таблица 10

цикл

3

Значения dT50 и lg Т для типового циклона

С

Тип она

ЦН-24

ЦН-15

ЦН-11

СДК-ЦН-33

СК-ЦН-34

СК-ЦН-34м

dT50

8,5

4,5

3,65

2,31

1,95

1,3

lg Т

0,308

0,352

0,352

0,364

0,308

0,340

мер частиц d50 находят по формуле

d50 d50T

D DT чТ

ч Т Т .

(7)

Рассчитав эффективность, осуществляют выбор циклона. При

Для.

(8)

этом, если расчетное значение оказывается меньше требуемого по

условиям допустимогобвыбросаАпыли в атмосферу, то необходимо

выбрать другой тип циклона

с большим значением коэффициента

гидравлического сопротивления.

ориентировочных расчетов

можно пользоваться формулой 8

И

1

1 1

2

1

D1

2

1 2

2 D2

Тип

Число

Оптималь-

Пропуск-

Коэффи-

Тип направ-

Область

иклона

элемен-

наяскорость

наяспо-

циент

ляющего

применения

С

газавэле-

собность,

сопро-

аппарата

тов, шт

менте, м/с

м3/с

тивления

элемента

ЦБ-

25; 30;

4,5

5,5 16

90

розетка

Очисткавысо-

254Р

40; 50;

котемператур-

60; 80

ныхгазов(до

и

400оС)отзолы

ипыли

БЦ-2

20; 25;

4,5

4,2; 5,25;

65

розетка

Очистка не

30; 36;

6,3; 8,55;

воспламе-

42; 46

9,2; 11,7

няющихся и

ПБЦ

24; 36;

3,5

3,3; 7;

120

полуули-

пожаровзры-

48; 92;

9,7; 13,9;

точный

воопасных

116;

20,8; 27,8

аэрозолей с

140

температу-

рой до 150 оС

Задаются оптимальной скоростью потока оп

в пределах 3,5 5

Д

м/с. Нижний предел лимитируется опасностью забивания направ-

ляющего аппаратабА, верхний – интенсификацией абразивного износа

элементов и уноса пыли.

РассчитываютрасходгазачерезодинэлементQ1,используяформулу1.

Количество элементов N определяют по формуле

N QQ .

(9)

1

Принимают типовую конструкцию батарейного циклона с близкой

пропускной способностью и числом элементов таким образом, чтобы ско-

ростьвотдельномэлементеневыходилазапределыоптимальныхзначений.

По уточненной скорости потока в элементе определяют гидрав-

лическое сопротивление циклона по формулеИ4. Коэффициент гид-

Значения

dT50 полученыдляэлементовтипа«розетка»и«энергоуголь»

призначениях Т =4,5м/с; Т

=23,710-6Пас; чТ =2200кг/м3;дляпрямоточ-

ных Т =12м/с; Т

=18,810-6Пас; чТ=2200кг/м3.

Таблица 12

Технические характеристики батарейных циклонов

С

с прямоточными элементами

Тип цикло-

Количество

Количество элемен-

Пропускная

Область

на

секц й

тов в одной секции

способность,

применения

по длине

по ширине

м3/с

и

8 16

8,5 27,3

Очистка от круп-

БЦ 1 8 8

1

8 11

БЦ 1 11 16

ной золы, продук-

БЦ 2 5 6

2

5 11

6 16

8 54,7

тов сгорания паро-

БЦ 2 11 16

генераторов про-

БЦ 3 8 9

бА

изводительностью

3

8

9

33,5

25 320 т/ч

БЦ 4 8 9

4

8 11