21

Министерство образования Российской Федерации

Ростовский государственный строительный университет

Утверждено на заседании кафедры

инженерной защиты окружающей среды

_______________________2003г.

Методические указания

по выполнению курсового проекта:

“Расчет и конструирование аппаратов по охране окружающей среды”

Ростов-на-Дону

2003

Введение

Загрязнение атмосферы усиливается с каждым годом. И, несмотря на заметный прогресс в решении проблемы с загрязняющими веществами, во многих случаях на предприятиях загрязненность воздуха на рабочих местах превышает предельно допустимые значения, а очистка его перед выбросом недостаточна.

Снижение концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) в воздухе можно осуществлять по двум основным направлениям:

1. разработка и организация технологических процессов, исключающих или существенно снижающих образование и выделение ЗВ;

2. снижение загрязненности воздуха путем воздействия на образовавшиеся ЗВ.

Первое направление более рационально, т. к. значительно легче не допускать образование ЗВ, чем их устранять, при этом, как правило, сокращаются потери сырья. Однако это требует больших затрат. Поэтому в настоящее время решать проблему борьбы с ЗВ на предприятиях можно по второму направлению, воздействуя на образовавшиеся ЗВ.

На практике приходиться рассчитывать и формировать системы борьбы с ЗВ (СБЗВ), включающие три основных функциональных элемента: улавливание ЗВ, очистка воздуха от ЗВ и рассеивание ЗВ в воздухе приземного слоя атмосферы. В основе формирования СБЗВ находиться принцип достижения ПДК ЗВ как во внутренних объемах производственных помещений, так и в воздухе приземного слоя атмосферы.

Целью данного курсового проекта является расчет и выбор аппаратов по охране окружающей среды на этапах улавливания, очистки и рассеивания.

1.Структура курсового проекта

• разработка аксонометрической схемы системы;

• расчет подсистемы улавливания;

• расчет подсистемы очистки;

• расчет подсистемы рассеивания (предельно-допустимого выброса)

• расчет подсистемы транспортирования;

2.Последовательность выполнения курсового проекта

2.1.Расчет подсистемы улавливания

Подсистема улавливания ЗВ – это подсистема СБЗВ, обеспечивающая уменьшение вероятности процессов выделения и распространения ЗВ в воздухе рабочей зоны путем их локализации и удаления из области расположения технологического оборудования. Подсистема улавливания является первым и определяющим этапом при решении задачи по охране атмосферы. Это связано с качеством работы подсистемы улавливания, т.е. от количества уловленных ЗВ зависит дальнейшее формирование СБЗВ.

В данном курсовом проекте рассмотрен аэродинамический метод улавливания ЗВ.

Для осуществления процесса улавливания аэродинамическим методом необходимо воздействие на ЗВ организованного воздушного потока. С целью обеспечения процесса улавливания ЗВ у мест их образования и выделения устраивают местные отсосы:

1)для улавливания теплогазовыделений:

• вытяжные зонты (простой индивидуальный зонт, зонт-козырек, активный зонт со щелями по периметру, зонт с поддувом воздуха, групповой зонт);

• вытяжные шкафы;

• бортовые отсосы (однобортовые, двухбортовые, угловые, со сдувом);

• вытяжные панели.

2)для улавливания пыли:

• аспирируемые укрытия (кожухи);

• защитно-обеспыливающие кожухи и воронки;

• воронки;

• местные отсосы при электросварке;

• местные отсосы при окраске.

Требуемая эффективность улавливания ЗВ определяется по формуле:

, (2.1)

где С_факт – концентрация пыли в воздухе рабочей зоны при отсутствии элемента подсистемы улавливания, мг/м³; ПДК_р.з. – предельно-допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны, мг/м³.

Фактическая эффективность улавливания ЗВ определяется по формуле:

(2.2)

где - динамическая вязкость воздуха, Па·с; - расход всасываемого воздуха, м³/с; - расстояние от сечения местного отсоса до заданной точки активной зоны улавливания, м; - медианный диаметр пыли, м; - эквивалентный диаметр по площади всасывающего патрубка, м; - плотность ЗВ, кг/м³; - плотность воздуха, кг/м³.

Примеры расчета элементов улавливания

Местные отсосы для улавливания тепло- и газовыделений

а) вытяжной шкаф представляет собой укрытие с рабочим проемом для наблюдения за технологическим процессом, который сопровождается выделением теплоты, газов и других вредностей.

Расход загрязненного воздуха при естественной вытяжке вычисляют по формуле:

, (2.3)

где h – высота открытого проема шкафа, м; Q – количество тепла, выделяемого в шкафу, Вт; F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа, м²; 114 – коэффициент при количестве тепла Q, измеряемого в Вт, 120 – коэффициент при количестве тепла Q, измеряемого в ккал/ч.

Необходимая высота вытяжной трубы Н определяется следующим образом:

• задаются диаметром трубы D,м;

• записывают предполагаемую разность давлений в шкафу:

(ρ₂<ρ₁), (2.4)

где – плотность воздуха, кг/м³; – плотность газовоздушного потока, кг/м³.

С учетом формулы Дарси – Вейсбаха при условии, что λ – коэффициент гидравлического трения равен 0,02, получаем

(2.5)

При механической вытяжке (нижний, верхний, комбинированный отсос) объем отсасываемого воздуха при отсутствии выбивания загрязненного воздуха рассчитывают, исходя из уравнения неразрывности потока, по формуле:

, (2.6)

где F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа, м²; V – средняя скорость всасывания в сечении открытого проема, м/с, выбираемая с учетом токсичности выделяющихся веществ (табл.2.1)

Таблица 2.1.

Рекомендуемые скорости всасывания воздуха в проемах вытяжных шкафов

Производственная операция	Вредное выделение	Скорость всасывания, м/с
Плавка и розлив свинца (t=400°С)	Аэрозоль свинца и окислов	1,5 – 1,7
Гальваническое свинцевание	Фтористый водород	1,5
Резка свинцом	Аэрозоль свинца и дым	0,7 – 1,6
Резка без свинца	Аэрозоль металла	0,4 – 0,5
Работа со свинцом	Аэрозоль свинца и окислов	2 – 2,5
Работа со ртутью без нагрева	Пары ртути	0,8 – 1,1
Работа со ртутью с нагревом	Пары ртути	1,1 – 1,3
Работа в лабораторном шкафу	Газы и пары при ПДК, мг/м3 менее 10 от 1 до 10 менее 1	0,5 0,7 – 1,0 1,2 – 1,5
Операции с особо опасными веществами	Радиоактивные вещества, теллур, бериллий	2 – 3
Промывка в бензине	Пары бензина	0,5 – 0,6
Электролитическое обезжиривание	Туман щелочей	0,6 – 0,8
Гидропескоструйная чистка (при закрытом проеме)	Силикатная пыль	1 – 1,5
Работа в шкафах	Различные пары и газы	0,3 – 0,5

Площадь открытого (рабочего) проема лабораторного шкафа составляет 40–50% площади проема при полном раскрытии полок шкафа.

Вытяжка из нижней зоны лабораторных шкафов с комбинированным (нижним и верхним) отсосом составляет 30–50% от общей вытяжки шкафа.

б) бортовой отсос применяют для удаления вредных выделений с поверхностей растворов, находящихся в различных ваннах (чаще всего в гальванических цехах, где в ваннах происходят процессы металлопокрытия, плавления и прочее). Различают:

• однобортовые отсосы (щель расположена вдоль одной из длинных сторон ванны);

• двухбортовые отсосы (щели расположены с двух противоположных сторон);

• угловые отсосы (щели расположены у соседних сторон);

• простые отсосы (щели расположены в вертикальной плоскости);

• опрокинутые отсосы (щели расположены в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости ванны);

• бортовые отсосы со сдувом (поддув осуществляется с помощью плоской струи, направленной из воздуховода с противоположной стороны ванны);

• кольцевые отсосы, которыми оборудуют круглые ванны.

Расход воздуха, отсасываемого от горячих ванн, определяется по формуле:

(2.7)

где К_з – коэффициент запаса (для обычных ванн К_з=1,5-1,7; для ванн с особо вредными растворами К_з=1,75-2,0); К_т – коэффициент, учитывающий подсос воздуха с торцов ванны ( - для однобортового простого отсоса; - для двухбортового отсоса; - для отсоса со сдувом); В – ширина ванны, м; l – длина ванны, м; Б – безразмерный коэффициент (Б=0,35 – для однобортового отсоса; Б=0,5 – для двухбортового отсоса); φ – угол между границами всасывающего факела, зависящий от расположения ванны ; Т_в, Т_пом – абсолютные температуры жидкости в ванне и воздуха в помещении, ˚K.

Ванну считаем горячей, если температура окружающего воздуха t_пом меньше температуры жидкости в ванной t_в.

Расход воздуха в бортовом отсосе со сдувом определяем по формуле (2.8),учитывая требования:

1)струю воздуха для сдува необходимо подавать вблизи зеркала ванны, чтобы она на него налипала. При этом струя становится более дальнобойной и расход воздуха в ней уменьшается.

2)расход удаляемого воздуха Q_р должен строго соответствовать сумме расхода воздуха на сдув и эжектируемого воздуха. При Q_р<Q_факт часть загрязненного воздуха попадает в рабочую зону, а при Q_р>Q_факт наблюдается неоправданное завышение расхода, мощности силового оборудования и т.п.

, (2.8)

где Ψ – поправочный коэффициент (при температуре раствора менее 100˚С и вредных выделениях Ψ=1,2 – 1,3; при температуре раствора менее 100˚С и особо токсичных выделениях Ψ=1,35 – 1,4; при температуре раствора более 100˚С и вредных выделениях Ψ=1,3 – 1,4; при температуре раствора более 100˚С и особо токсичных выделениях Ψ=1,45 – 1,5); L_сдув – расход приточного воздуха, м³/ч.

, (2.9)

где В – ширина зеркала ванны, м; l – длина зеркала ванны, м; К – коэффициент, зависящий от температуры раствора в ванной t_в (табл.2.2).

Таблица 2.2.

_{Зависимость коэффициента К от t}в

tв,˚C	70 – 95	60	40	20
К	1	0,85	0,75	0,50

Высота щели сдува: h_сдув=0,013·В, м

Средняя скорость сдува: 6,67·K·B, ( 12 м/с)

Средняя скорость воздуха в щели отсоса: =2,5·K·B, м/с; скорость движения воздуха в помещении при этом принимают 0,2 – 0,4м/с.

в) вытяжной зонт применяется, как правило, в случаях, когда вредные выделения легче окружающего воздуха (например, избыточная теплота).

Расход воздуха при “горячем” источнике определяется по формуле:

, (2.10)

где Q – количество конвективного тепла, Вт; F – площадь горизонтальной проекции поверхности источника тепловыделений, м²; H – расстояние от источника тепловыделений до кромки зонта, м.

Расход воздуха в общем случае рассчитывается по формуле:

, (2.11)

где – средняя скорость движения воздуха в приемном отверстии зонта, м/с (рекомендуется при удалении нетоксичных вредных выделений принимать =0,15–0,25м/с); F – площадь расчетного сечения зонта, м².

Скорость движения воздуха в зоне всасывания зонта в любой точке области, образованной продолжением граней зонта:

- для круглых и квадратных отверстий

(2.12)

– для прямоугольных отверстий

(2.13)

Скорость по оси зонта зависит от угла его раскрытия, т.е. V_ос=f(α). Чем больше α, тем больше V_ос по сравнению со средней скоростью:

при α=90˚ V_ос=1,65

при α=60˚ V_oc

Местные отсосы для улавливания пыли

а) аспирируемые укрытия (кожухи) мельниц, ленточных транспортеров, элеваторов, течек и т.п.

Общий расход удаляемого воздуха равен:

L=L_м+L_вс, (2.14)

где L_м - расход воздуха, эжектируемого материалом, м³/ч

, (2.15)

г де К_у – коэффициент, характеризующий конструкцию укрытия, равный:

- при аспирации мест перегрузки с конвейера на конвейер;

- для емких укрытий, загружаемых через течку и неаспирируемых мест перегрузки;

- для укрытий на транспортере при поступлении материалов из дробилок.

W_м – объемный расход материала, загружаемого через течку, м³/ч; V_м – скорость движения материала при поступлении в укрытие из загрузочной течки, м/с.

Если W_м заранее не известен, то его можно определить по формуле:

W_м = 300·b²·V_т, (2.16)

где b – ширина ленты транспортера, м; V_т – скорость движения ленты транспортера, м/с.

Скорость движения материала V_м равна:

,м/с (2.17)

где Н – высота падения материала в загрузочной течке, м; f_м – коэффициент трения материала о поверхность течки; – угол наклона загрузочной течки к горизонтали.

Значения коэффициента f_м приведены в табл.2.3.

Таблица 2.3.

_{Значения коэффициента трения материала о поверхность течки f}м

№	Материал	fм
1.	Гипс, руда	0,65
2.	Глина, сырая земля	0,80
3.	Каменный уголь, сухая земля, щебень, гравий	0,50
4.	Песок, шлак

б) защитно-обеспыливающие кожухи и воронки устраиваются на различных станках (заточных, обдирочных, шлифовальных и т.п.).

Кожухи

Расход удаляемого воздуха L,м³/ч от заточных, шлифовальных и обдирочных станков определяется следующим образом:

п ри D_кр<250мм;

при 250<D_кр<600мм; (2.18)

при D_кр<600мм;

где D_кр – диаметр круга, мм.

Расход воздуха, удаляемого от полировальных станков, рассчитывается по формуле:

п ри матерчатых кругах;

при войлочных кругах.

Воронки.

Воронки эффективно улавливают пыль при направлении пылевого факела под углом при 0<φ<30° к поверхности пола станка.

Расход воздуха, удаляемого воронкой, равен:

, м³/ч (2.19)

где V_n - начальная скорость вытяжного факела, равная скорости транспортирования пыли в воздуховоде, м/с.

, м/с – для тяжелой наждачной пыли;

, м/с – для легкой минеральной пыли.

l – рабочая длина вытяжного факела, м (среднее расстояние между всасывающим сечением воронки и рабочим органом).

К – коэффициент, зависящий от формы воронки, равный:

д ля круглого отверстия;

для прямоугольного, с соотношением сторон от1:1 до 1:3

V_к –необходимая конечная скорость вытяжного факела у рабочего органа (круга), принимаемая равной 2 м/с.

Местные отсосы при окраске.

Расчетный расход воздуха, удаляемого из окрасочных камер:

, м³/с (2.20)

где F – площадь открытого проема окрасочных камер, м²; V – скорость всасывания воздуха в открытых проемах окрасочных камер, м/с, принимаемая в соответствии с табл. 2.4:

Таблица 2.4

Определение расчетной скорости.

Способ окраски	Характеристика лакокрасочных материалов	Расчетная скорость
Кистью, окунанием, обливанием, валиком и т.п.	Не содержащие в летучей части ароматических углеводородов	0,5
	Содержащие в летучей части ароматические углеводороды (кроме бензола)	1,0
	Содержащие длизоцмонаты или бензол	1,2
Пульверизацией	Не содержащие в летучей части ароматических углеводородов	1,0
	Содержащие в летучей части ароматические углеводороды (кроме бензола)	1,3
	Содержащие длизоцмонаты или бензол	1,5

Местные отсосы при электросварке.

Самый распространенный вид местных отсосов – панель равного всасывания.

Расход воздуха определяют как:

, м³/с (2.21)

где F – площадь рабочего сечения панели, м²; V – расчетная скорость в рабочем сечении панели, м/с, принимаемая равной V= 0,88-0,92 м/с