Тема 2. Требования к очистным сооружениям. Структура промышленных газов Требования к очистным сооружениям.

Процесс очистки характеризуется несколькими параметрами.

1. Общая эффективность очистки (n):

где С_вх, С_вых – массовые концентрации примесей до и после очистки.

2. Последовательная очистка:

η = (1- η ₁)·(1- η ₂)…(1- η _n)

3. Фракционная очистка:

4.Коэффициент проскока

5. При сравнительной оценке задерживающей способности аппарата, используется понятие медианной точности (D₅₀) по размеру частиц, эффективность осажде­ния которых составляет 50%.

6. Гидравлическое сопротивление. Определяется рак разность давлений на входе и выходе аппарата.

где ρ- плотность газа в расчетном сечении аппарата; р_вх, р_{вых -} давление на входе и выходе аппарата; ω - скорость газа в расчетном сечении аппарата; ξ - коэффициент гидравлического сопротивления

Если гидравлическое сопротивление в процессе очистки изменяется, то регла­ментируют начальное гидравлическое сопротивление Δp_нач и конечное гидравлическое сопротивление Δp_кон. При достижении Δp = Δp_кон очистку прекращают.

7. Мощность привода. Привод – устройство пылеуловителя для подачи газа.

N = (KΔpQ)/ η_м·η_в

где К – коэффициент запаса мощности; Δр – гидравлическое сопротивление; Q – объем газа; η_м –КПД передачи мощности от электродвигателя к вентиля тору; η_в – КПД вентилятора.

8. Удельная пылеёмкость пылеуловителя. Определяется количеством пыли между двумя очередными регенераторами. Для фильтров она равна массе осадки на единицу площади рабочей поверхности фильтрующего элемента.

9. Скорость фильтрации.

W_p = Q/F_ф

где Q - объем и расход фильтруемого газа; F_ф - площадь фильтрования.

10. Общие параметры.

• производительность по очищаемому газу,

• энергоёмкость, определяется величиной затрат энергии на очистку 1000 кубометров газа.

Типы газоочистных аппаратов.

1. Аппараты очистки с последующей утилизацией примесей.

Эти аппараты связаны с выделением продуктов в концентрированном виде и дальней­шим его использованием, что делает их более перспективными.

2. Аппараты очистки без утилизации примесей.

Эти аппараты связанны с санитарными ограничениями и сложностями процесса удале­ния, транспортировки и захоронения примесей.

Структура промышленных газов.

Промышленные газы и воздух, содержащие твердые или жидкие частицы, представля­ют собой двухфазные системы, состоящие из непрерывной (сплошной) среды - газы и дисперсной фазы (твердые частицы и капельки жидкости), такие системы называются аэродисперсными или аэрозолями. Аэрозоли подразделяются на три класса: пыли, дымы, туманы.

1. Пыль.

Состоит из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде. Образуется в ре­зультате механического измельчения твердых тел в порошки. К ним относятся: аспирационный воздух от дробильных, размольных, бурильных агре­гатов, транспортных устройств, пескоструйных аппаратов, станков для механической обработки изделий, отделений упаковки порошкообразных материалов. Это полидисперсные и малоустойчивые системы с размерами частиц 5-50 мкм.

2. Дымы.

Это аэродисперсные системы, состоящие из частиц с малым давлением пара и с малой скоростью седиментации, Образуются при возгонке и конденсации паров, в результате химических и фотохими­ческих реакций. Размер частиц в них составляет от 0,1 до 5 мкм и меньше.

3. Туманы.

Состоят из капелек жидкости, диспергированных в газообразной среде, в которых мо­гут содержаться растворенные вещества или суспендированные твердые частицы. Образуются в результате конденсации паров и при распылении жидкости в газообраз­ной среде.

Тема 3. Основные направления гидродинамики газового потока. Уравнение неразрывности и уравнение Навье-Стокса

Основные положения гидродинамики газового потока.

Рассмотрим действие основных сил на элементарный объем газа (рис. 1).

Рис. 1. Действие сил на элементарный объем газа.

Теория движения газового потока базируется на двух основных уравнениях гидро­динамики: уравнение неразрывности (сплошности) и уравнение Навье-Стокса.

Уравнение неразрывности

∂ρ/∂τ + ∂(ρ_xV_x)/∂x + ∂(ρ_yV_y)/∂y + ∂(ρ_zV_z)/∂z = 0 (1)

где ρ – плотность среды (газов) [кг/м³]; V - скорость газа (среды) [м/с]; V_x, V_y, V_z – составляющие векторы скорости по осям координат X, Y, Z.

Это уравнение представляет собой Закон сохранения энергии, согласно которому из­менение массы определенного элементарного объема газа компенсируется изменением плотности (∂ρ/∂τ).

Если ∂ρ/∂τ = 0 - установившееся движение.

Уравнение Навье-Стокса.

– ∂p_x/∂x + μ(∂²V_x/∂x² + ∂²V_x/∂y² + ∂²V_x/∂z²) = ρ (∂V_x/∂τ + V_x∂V_x/∂x + V_y∂V_x/ ∂y + V_z∂V_x/∂z)

– ∂p_y/ ∂y + μ(∂²V_y/∂x² + ∂²V_y/∂y² + ∂²V_y/∂z²) = ρ(∂V_у/∂τ + V_x∂V_у/∂x + V_y∂V_у/∂y

+ V_z∂V_у/∂z) (2)

– ρg-∂p_z/∂z + μ(∂²V_z/∂x² + ∂²V_z/∂y² + ∂²V_z/∂z²) = ρ(∂V_z/∂τ + V_x∂V_z/∂x + V_y∂V_z/∂y + V_z∂V_z/∂z)

где р- давление в рассматриваемой точке потока, Па; μ- динамическая вязкость среды, Па*с.

Уравнение (2) учитывает действие четырех сил: тяжести, давления, внутреннего трения (вязкости в газе), инерции. В этой системе сил сила тяжести ρg – это внешний фактор. Остальные силы - результат действия окружающей среды на выделенный эле­ментарный объем газа. Уравнения (1) и (2) характеризуют внутренний механизм про­цесса, устанавливают связь между физическими условиями процесса и изменением этих условий во времени.

Граничные условия

Дифференциальные уравнения (1) и (2) не учитывают внешних воздействий на систему и поэтому должны быть дополнены граничными условиями, характеризующими взаимодействие системы с внешней средой.

.

Рис.2 Обтекание цилиндра газовым потоком.

При обтекании движущейся средой всех твердых поверхностей вокруг поверхности образуется очень тонкий неподвижный слой толщиной в несколько молекулярных сло­ев (Рис. 2). Он оказывает существенное влияние на течение.

Скорость газа на твердой поверхности: V_гп = 0

На границе раздела газ-жидкость скорость не должна устанавливаться равной 0 и вы­полняются граничные условия:

1. Тангенциальная составляющая скорости газа равна тангенциальной составляю­ щей жидкости:

V_тг = V_тж

2. Нормальная составляющая скорости равна 0 как для газа, так и для жидкости.

V_нг = V_нж = 0

3.Силы, с которыми жидкость и газы действуют друг на друга, равны и противоположны по направлению