Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Промышленная экология. 2

СОДЕРЖАНИЕ

Задание 1. Расчет циклонов

Задание 2. Расчет пористых металлических фильтров для пылеочистки

Задание 3. Расчет скруббера и форсунки

Задание 4. Расчет процессов и аппаратов адсорбции газов

Задание 5. Расчет адсорбера

Задание 6. Расчет процесов и аппаратов экстракции

Задание 7. Расчет электрокоагулятора

Список литературы

Приложение А

Задание 1. Расчет циклонов

1.1 Краткие теоретические сведения

Принцип работы циклона основано на разделение взвешенных частиц от газового потока под воздействием центробежных сил. Центробежный эффект сильнее проявляется у крупных частиц, поэтому циклоны предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли, например, для улавливания золы, образующейся при сжигании топлива в котлах тепловых станций.

Для расчета циклона необходимо иметь следующие исходные данные:

− объем очищаемого газа Q, м3/с;

− плотность газа при рабочих условиях ρ, кг/м3;

− вязкость газа при рабочей температуре μ, Па·с;

− дисперсный состав пыли d50;

− входная концентрация пыли Свх, г/м3;

− требуемая эффективность очистки η.

Принят следующий ряд внутреннего типового диаметра циклонов D, мм:150; 200; 300; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 3000.

Бункеры циклонов имеют цилиндрическую форму диаметром 1,5D для цилиндрических и 1,2D для конических циклонов. Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D.

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений.

1.2 Методика расчета

Определяют оптимальную скорость движения газа wопт в зависимости

от типа циклона (таблица 1).

Таблица 1 - Оптимальная скорость движения газа wопт в зависимости от типа циклона

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34м
wопт, м/с	4,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0

Рассчитывают диаметр циклона:

где Q − объем очищаемого газа, м3/с;

wопт− оптимальная скорость движения газа, м/с.

Полученное значение необходимо округлить до ближайшего типового значения. Если значение D превышает максимальное типовое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклонов. Рассчитывают действительную скорость потока в циклоне:

w = 4Q/ πND2,

w = 4·20/3,14·1·2,692 =3,5001

где N – число циклонов.

Значение w не должно отклоняться от wonт более чем на 15 %.

Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления:

R = k1k2R500,

R = 0,93·0,93·155=134,05

где k1 =1 и k2 =0,92– поправочные коэффициенты, зависящие от D, Свх и типа циклона (таблица 2.2, 2.3);

R500 =245– коэффициент гидравлического сопротивления при D=500 мм (таблица 2).

Таблица 2 - Значения k1 при различных D и типов циклонов

Тип циклона	D, мм
Тип циклона	150	200	300	450	>500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,0
ЦН-15, ЦН-24	0,85	0,9	0,93	1,0	1,0
СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и 34м	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

Таблица 3 - Значения k2 при различных Свх и типов циклонов

Тип циклона	Свх, г/м3
Тип циклона	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
СДК-ЦН-33	1	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-ЦН-34	1	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90
СК-ЦН-34м	1	0,99	0,97	0,95	-	-	-

Таблица 4 - Значения R500 в зависимости от типов циклонов

Тип циклона	Выхлоп в:		Тип циклона	Выхлоп в:
Тип циклона	атмосферу	гидр. сеть	Тип циклона	атмосферу	гидр. сеть
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

Рассчитывают значение гидравлического сопротивления:

ΔP = Pвх – Pвых =1/2Rρrw2,

ΔP = =134,05·1,37·(3,50012)/2=2249,82

Определяют эффективность очистки:

η = 0,5(1+Ф(х)),

η = 0,5(1+0,964)=0,982

где Ф(х) – табличная функция параметра х (таблица 5, 6):

Таблица 5 - Значение dТ50 в зависимости от типа циклона

Тип циклона	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34м
dТ50	8,5	4,5	3,65	2,31	1,95	1,3

Таблица 6 - Значение Ф(х) в зависимости от параметра х

х	-2,7	-2,0	-1,6	-1,4	-1,2	-1,0	-0,8	-0,6	-0,2
Ф(х)	0,004	0,023	0,055	0,081	0,115	0,159	0,212	0,274	0,421
Х	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	1,6	1,8	2,7
Ф(х)	0,5	0,579	0,655	0,726	0,788	0,885	0,964	0,964	0,997

Значение d50 определяется по формуле:

= 32,19

где ρч – плотность частицы;

μ – вязкость среды; w – скорость потока;

DT=600мм;

ρчТ=1930 кг/м3;

μТ=22,2·106 Па·с;

wТ=3,5 м/с (индекс «т» означает типовое значение параметра).

Рассчитывают конструкционные размеры циклона (рисунок 1) в соответствии с диаметром D выбранного циклона:

х = kD,

где х – параметр циклона (диаметр, ширина, высота);

k – коэффициент пропорциональности (таблица 7).

Радиус улитки:

ρ = D/2 + bφ/2π,

где b – ширина входного патрубка;

φ=135°=2,35 рад.

Таблица 7 - Значения коэффициента пропорциональности k

Параметр	Тип циклона
Параметр	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34		СК-ЦН-34м
1	2	3	4	5	6		7
Диаметр выхлопной трубы d	0,59			0,334	034		0,22
Диаметр пылевыпускного отверстия d1	0,3–0,4			0,334	0,23		0,18
Диаметр входного патрубка b	0,2			0,264	0,214		0,18
Длина входного патрубка l	0,6
Высота входного патрубка а	0,48	0,66	1,11	0,535	0,515		0,4
Высота выхлопной трубы (ВТ) hт	1,56	1,74	2,11	0,535	0,515		0,4
Высота внешней части (ВТ) hв	0,3	0,3	0,4	0,2-0,3
Высота цилиндрической части Нц	2,06	2,06	2,11	0,535		0,515	0,4
Высота конуса Нк	2,0	2,0	1,75	3,0		2,11	2,6
Высота установки фланца hфл	0,1
Общая высота циклона Н	4,38	4,56	4,26	3,835		2,925	3,3

Рисунок 1 – Конструктивная схема циклонов

Задание 2. Расчет пористых металлических фильтров для пылеочистки

2.1 Краткие теоретические сведения

Процесс фильтрации основан на задержании частиц примесей в пористых перегородках при движении дисперсных систем через них. Процесс фильтрации характеризуется следующими параметрами: эффективность очистки, тонкость очистки, пористость, скорость фильтрации, пропускная способность, гидравлическое или аэродинамическое сопротивление.

Абсолютная тонкость очистки – это максимальный размер частиц, прошедших через фильтр. Номинальная тонкость очистки – это размер частиц, для которых фракционная эффективность очистки равна 0,97. Предпочтительный ряд: 1; 2; 5; 10; 16; 25 мкм и т. д.

Пористостью фильтроэлемента называется отношения объема пустот к полному объему фильтроэлемента:

П=Vп/V,

где Vn – объем пустот, м3;

V – полный объем фильтроэлемента, м3.

Скорость фильтрации – это отношение объемного расхода Q, м3/с очищаемого вещества к площади фильтрующей поверхности F, м2:

w=Q/F,

Удельная массовая пропускная способность фильтра G кг/(м2·с):

G=wρ,

где ρ – плотность очищаемого вещества, кг/м3.

Гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление фильтра – это разность давлений на входе и выходе фильтра. При проектировании назначается начальное и конечное сопротивление фильтра. При достижении конечного сопротивления процесс фильтрации прекращается, и фильтр подвергается регенерации.

2.2 Методика расчета

Выбирают материал для изготовления фильтроэлемента, исходя из условия эксплуатации фильтра, прочностных, коррозионных характеристик материала и экономических соображений (или согласно варианта).

Определяют максимальный размер пор dп макс, мкм:

dп макс = 3dто абс

dп макс = 3·10=30

где dто a6c – абсолютная тонкость очистки, мкм.

Определяют средний размер пор dп ср, мкм:

dп ср = 1,25 dп максП0,3

dп ср = 1,25·30·0,280,3=25,59·10-6м

где П – пористость фильтроэлемента.

Определяют размер частиц порошка для изготовления фильтроэлемента dч ср, мкм:

dч ср = dп ср/ П2

dч ср = 25,59/0,282=326,4

Назначают толщину фильтроэлемента h по технологическим и прочностным соображениям в пределах 0,25–5мм (обычно – 1мм).

Находят скорость потока в порах wп, м/с:

где ΔРнач – начальное сопротивление фильтра, Па;

μ – вязкость фильтруемого вещества, Па с.

Определяют площадь фильтрации F, м2:

(18)

Определяют расчетное конечное сопротивление фильтра ΔРкон р, Па:

(19)

где А – опытный коэффициент, зависящий от размеров частиц и размер пор: для очистки газов А=5,25·103 с–1, для очистки жидкостей А=10 с–1;

τ – время работы фильтра, с;

qвх – объемное содержание твердых частиц в фильтруемом веществе на входе фильтра: qвх=Свх/ρч, Свх – концентрация загрязнителя, кг/м3;

ρч – плотность частиц загрязнителя, кг/м3;

В – показатель, рассчитываемый по формуле, с/м:

(14)

де wф - скорость фильтрации, м/с;

П0 - пористость осадка, ПО=0,5.

wф=Пwп, (15)

wф= 0,28·3,13= 0,87

Определяют максимально допустимое время работы фильтра (если ΔРкон р отличается от заданного ΔРкон) τ, c:

Задание 3. Расчет скруббера и форсунки

Исходные данные таблица 9.

Таблица 9 - Исходные данные для задания 3

№ вар.	Qг, м3/ч	υ, м/с	3/ч	ΔPж , МПа	γ	β
4	1500	1,5	15	0,2	0,73	75

Определяют сечения скруббера S, м2:

, (19)

=1000,

где Qг − объемный расход очищаемого газа, м3/с;

υ − скорость пропускания потока, м/с.

Определяют диаметра скруббера скр, м:

, (20)

=35,69

Определяем высоты скруббера Нскр, м:

Нскр = (3…4)Dскр (21)

Нскр = 3·35,69 = 107,07

Расчет форсунки:

Определяют диаметр сопла форсунки dc, м:

(28)

Определяют диаметр вкладыша и равный ему внутренний диаметр корпуса форсунки D, мм:

D = 1,925 dc (23)

D = 1,925 ·24=

Так как dc<14 мм значение D принимаем 27 мм.

Определяют высоту вкладыша h, мм:

h = 2,5+2dc (24)

h = 2,5+2·24 =

Определяют длину соплового канала l1, мм:

l1 = (0,5/1,0)dс (25)

l1 = (0,5/1,0)·24

Определяют высоту камеры смещения l2, мм:

, (26)

где θ=110–130° – угол конусности камеры.

Определяют диаметр центрального канала, d0, мм:

(27)

7,6

Определяют суммарную площадь закручивающих каналов Sк, мм2:

Sк = 1,075πd02 (28)

Определяют угол наклона закручивающих каналов:

, (29)

где β – угол, рад.

Далее находят α=10х (рад) и переводят в град, где x=lgα.

Определяют размер закручивающих каналов а, мм:

, (30)

где n=4÷6 – число каналов.

По необходимости определяют средний объемно-поверхностный диаметр капель жидкости dж, мм:

(31)

Задание 4. Расчет процессов и аппаратов адсорбции газов

Исходные данные таблица 10.

Таблица 10 - Исходные данные для задания 4

№ вар.

м3/ч

Вещ.

VmA,

см3/моль

г/м3

dЭ,

мм

ρн,

кг/м

ρк,

кг/м3

α,

кг/кг

ΔР,

кПа

300

NH3

25,8

350

550

0,27

1,7

При проектировании адсорбера необходимы следующие исходные данные:

- объемный расход очищаемого газа (воздуха) Q, м3/с;

- концентрация примеси С0, кг/м3;

- свойства очищаемого газа (температура, плотность, вязкость);

- давления отходящих газов.

Рассчитывают коэффициент диффузии примеси в воздухе D, м2/с:

, (32)

где Т – температура потока, К;

Р – давление (атмосферное), Па;

VmA, VmB, MA и МB – мольные объемы (см3/моль) и массы (кг/кмоль) соответственно примеси (А) и воздуха (В).

Мольные объемы определяют как сумму атомных объемов элементов. Мольные массы определяют как сумму атомных масс элементов. Для воздуха: VmВ=29,9 см3/моль; МB=29 кг/кмоль.

Рассчитывают коэффициента массопередачи К, 1/с:

, (33)

де D – коэффициент диффузии, м2/с;

ν – кинематическая вязкость очищаемого газа, м2/с (для воздуха, при 20 °С ν =16·10–6 м2/с, плотность ρ=1,2 кг/м3);

dЗ – размер зерна сорбента, м.

Определяют время процесса адсорбции τ, с:

(34)

= 2,8

где С=αρH – концентрация адсорбируемого вещества в адсорбенте, равновесная с концентрацией потока, кг/м3;

Н – высота слоя адсорбента, принимаем Н=1м;

υo– скорость газового потока, поступающего в адсорбер, принимаем υo =0,5 м/с.

Коэффициент b определяется в зависимости от концентрации примеси на входе адсорбера С0, и требуемой концентрации примеси на выходе адсорбера С1 (таблица 11), принимаем С1=0,5 г/м3.

Таблица 11 - Значения коэффициента b

C1/С0,	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009	0,010	0,012	0,014	0,030
b	1,84	1,80	1,76	1,73	1,70	1,67	1,62	1,58	1,35

Определяют минимально необходимую массу сорбента m, кг:

, (35)

где α – статическая поглотительная способность сорбента в рабочих условиях,кг/кг;

К3=1,2 – коэффициент запаса.

Коэффициент формы зерен, учитывающий неравную доступность всей

поверхности зерна обдувающему потоку:

, (36)

где dЗ – диаметр зерен, мм.

Пористость слоя сорбента:

, (37)

где ρК и ρН – кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/м3.

Эквивалентный диаметр зерен dЭ, м :

, (38)

где dЗ – диаметр зерен, м;

П – пористость слоя сорбента.

Критерия Рейнольдса, учитывающий характер потока:

, (39)

где υo =0,5 м/с;

ρГ=1,2 кг/м3;

μ=19,2·10–6 Па·с.

Коэффициент гидравлического сопротивления:

при Re<50 R=220/Re (40)

при 50≤Re<7200 R=11,6/Re0,25 (41)

Определяют скорость потока газа υ (м/с) через адсорбер в зависимости от падения давления, параметров сорбента и газа:

, (42)

где ΔР – падение давления, Па.

Диаметр адсорбера DA, м:

(43)

Длина (высота) слоя сорбента L, м:

(44)

Задание 5. Расчет адсорбера

Сточные воды образуются на многих участках различных производств. На участках нанесения гальванических покрытий образуется сточная вода, загрязненные кислотами, тяжелыми металлами и их солями и другими веществами, в том числе цианидами. Сточную воду необходимо очистить перед сбросом. Наиболее эффективным способом является адсорбция. При подаче озона в сточную воду цианид-ионы окисляются:

CN– + O3 = CNO– +O2 (45)

По мере окисления цианид-ионов в сточной воде появляются цианит-ионы CNO–. Около 30 % цианит-ионов окисляются по схеме:

2CNO– + 3O = 2NCO3+3O2 (46)

Остальные цианит-ионы гидрализуются в сточной воде с образованием NH3 и окислением до NO3. Для подачи озоновоздушной смеси в адсорбер и ее равномерного распределения используют шамотно-силикатные пористые элементы в виде патронов с замкнутым дном (наружный диаметр – 50 мм, внутренний – 30мм, длина – 230 мм, средний размер пор – 0,1 мм).

Для расчета адсорбера необходимы следующие исходные данные: расход сточной воды, концентрация загрязнителя в сточной воде(Таблица 12).

Таблица 12 - Исходные данные для задания 5

№ вар.	Q, м3/ч	CCN, кг/м	k	τ, ч	n	Рa, МПа	Qэ, м3/с
4	12	0,05	1,18	0,75	2	0,18	0,0035

Определяют объем адсорбера V, м3:

, (47)

= 75,85

где Q – расход сточной воды, м3/ч;

τ – время цикла очистки (заполнение, обезвреживание, опорожнение);

k – коэффициент запаса (1,15–1,2);

у – коэффициент заполнения адсорбера (0,6–0,8);

n – количество адсорберов (обычно 2).

Выбирают фактический объем VH адсорбера по ряду номинальных внутренних объемов сосудов и аппаратов (ближайшее значение к расчетному) по таблице 13.

Таблица 13 - Ряд номинальных внутренних объемов сосудов и аппаратов

0,010	0,100	0,32	1,00	3,2	10	32	100	320
0,016	0,125	0,40	1,25	4,0	–	40	125	400
0,025	0,160	0,50	1,60	5,0	16	53	160	500
0,040	0,200	0,63	2,00	6,3	20	63	200	–
0,063	0,250	0,80	2,50	8,0	25	80	500	–

Промышленная экология. 2 📙 Реферат → 🆔 225287