Процессы и аппараты очистки воздуха от аэрозольных примесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »

Кафедра «Прикладная экология»

Курсовая работа

по дисциплине «Теоретические основы защиты окружающей среды»

на тему: Процессы и аппараты очистки воздуха от аэрозольных примесей

Выполнил: студент гр. БОСз-14-01 Д.Д. Кабирова

шифр № 142947

Проверил: к.х.н. доцент М.И. Маллябаева

Уфа 2017



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Пылеуловители. Пылеосадительные камеры. Пылеулавливающие камеры

1.1 Классификация промышленных пылеосадителей

2. Описание, характеристики, преимущества и применение пылеуловителей

2.1 Пылеуловители центробежные

2.2 Вихревые пылеуловители. Технические характеристики

2.3 Динамические пылеуловители. Особенности

3. Оценка эффективности пылеулавливания

4. Пылеосадители гравитационные и инерционные. Пылеосадительная камера

4.1 Вращающиеся сухие пылеуловители

5. Расчет насадочного абсорбера

5.1 Определение количества поглощаемого сернистого газа

5.2 Определение расхода абсорбента

5.3 Определение диаметра абсорбера

5.4 Определение высоты колонны

5.4.1 Определение движущей силы внизу колонны

5.4.2 Определение движущей силы вверху колонны

5.4.3 Определение коэффициента массопередачи

5.4.4 Определение высоты насадки и высоты всей колонны

5.5 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества. На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха. Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение. Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда -- охрана окружающей среды». В принципе пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения нормативов предельно-допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Однако все вредности через систему пылеулавливания при отсутствии системы пылеочистки выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее. Поэтому этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

Цель настоящего учебного пособия - систематизировать сведения по процессам и аппаратам очистки воздуха от аэрозольных примесей, методические подходы к расчету сепарационного оборудования. Приводятся необходимые сведения по устройству, работе и расчету типового пылеулавливающего оборудования. Изложение материала сопровождается примерами расчета, которые облегчают усвоение теоретических вопросов.



1. Пылеуловители. Пылеосадительные камеры. Пылеулавливающие камеры

1.1 Классификация промышленных пылеуловителей

Промышленные пылеуловители по способу осаждения твердых частиц делятся на две группы:

· устройства сухой очистки (работают без использования жидкости);

· устройства, применяющие для осаждения пыли жидкость.

Сухие пылеуловители разделяются на типы в зависимости от используемой силы, под воздействием которой происходит осаждение частиц:

· гравитационные;

· инерционные;

· центробежные;

· фильтрационные;

· электрические.

Пылеуловители, применяющие мокрый способ очистки, делятся на следующие типы:

· капельные;

· пленочные;

· барботажные.

Классификация пылеулавливающих установок представлена в таблице

Аппараты для пылеулавливания	Механические			Гравитационные
				Инерционные
				Центробежные
			Фильтрующие фильтры	Волокнистые
				Сухие вертикальные
				Тканевые
				Зернистые
		Мокрые	Капельные
			Пленочные
			Барботажные
	Электрические	Однозонные	Сухие горизонтальные
			Сухие вертикальные
			мокрые
		Двухзонные



2. Описание, характеристики, преимущества и применение пылеуловителей

2.1 Пылеуловители центробежные

Центробежный пылеуловитель - самый распространенный вид механических пылеуловителей, который применяется в пищевой, химической, горнодобывающей и многих других отраслях промышленности. Основным преимуществом таких пылеуловителей является их дешевизна, высокая производительность, простата механизма, а также достаточно простая и не затратная эксплуатация. Если сравнивать центробежные пылеуловители с другими типами, то они обладают такими преимуществами, как надежная работа при высокой температуре и давление, отсутствие частей, которые двигаются, простота ремонта и изготовления, а также возможность использования для улавливания абразивных частиц.

Центробежные пылеуловители используют центробежную силу для улавливания пыли. Самыми популярными центробежными пылеуловителями

являются циклоны с мокрой пленкой. В таких аппаратах осаждения частиц происходит при помощи действия центробежного и инертного механизма. Следовательно, эффективность таких аппаратов намного выше, чем циклонов, потому что благодаря наличию мокрой пленки не происходит вторичный унос пыли. К тому же такие аппараты эффективнее скрубберов за счет того, что скорость капель и потока газа в них намного выше благодаря центробежной силе.

В мокрые циклоны жидкость подводится вдоль внутренних стенок аппарата и в приосевую его зону.

Самым эффективным мокрым пылеуловителем является скруббер Вентури, который относится к скоростным аппаратам. Такие установки можно разделить по области использования на:

· Низконапорные, используемые для концентрирования и очищения аспирационного воздуха. Гидравлическое сопротивление таких аппаратов находится в пределах от 3000 до 500 Па.

· Высоконапорные аппараты используются для очищения газов от субмикронной и микронной пыли. Их сопротивление достигает 20000-30000 Па.

Работа таких аппаратов основана на газовом потоке высокой скорости, который выполняет интенсивное дробление жидкости, которая его орошает. А благодаря турбулентности газового потока, а также достаточно большой разницы между скоростью каплями жидкости и частицами, происходит осаждения частиц пыли на каплях жидкости, которая ее орошает.

Для того чтобы снизить гидравлическое сопротивление, основная часть скруббера изготавливается в виде трубы Вентури, которая плавно сужается на входе газов и расширяется на их выходе. Вход и выход газов соединяются при помощи сопла.

Для стабильной работы аппарата очень важно, чтобы было полное и равномерное орошение сечения горловины жидкости. Именно поэтому выбор способа орошения является очень важным и влияет на конструкцию аппарата.

Чаще всего используется три способа орошения горловины:

1. Периферийное. При таком способе орошения форсунки или сопла монтируются по периметру горловины или конфузора.

2. Центральное. Орошающая жидкость попадает на горловину из форсунок, которые установлены в конфузоре или перед ним.

3. Пленочное. Используется чаще всего для того, чтобы предотвратить образование на стенках отложений.

Для вычисления гидравлического сопротивления используется выражение:

Дp = Дp_г + Дp_ж

В котором Дp_г является гидравлическим сопротивлением сухой трубы, которое обусловлено движением газа:

Дp_г = (о_c·н_гІ·с_г)/2

Где о_с является коэффициентом гидравлического сопротивления сухой трубы, а н_г это скорость газов, которые находятся в горловине.

Эффективность улавливания пыли сильнее всего зависит от того, какое удельное орошение и скорость газов. Оптимальное отношение скорости потока пыли и удельного орошения в первую очередь зависит от дисперсного состава пыли. При этом удельная величина орошения находится в пределах 0,5-1,5 л/м³газов.

Помимо этого, эффективность пылеулавливания зависит от дисперсности капель распыленной жидкости. При этом, чем капли меньше, чем газ лучше очищается.

Чтобы определить средний диаметр капли, используется эмпирическая формула:

d_к = 4870/нІ + 28,18·m^1,5

Центробежные пылеуловители (циклоны) получили активное применение в промышленности. Загрязненный газ на скорости от 20 до 25 м/сек поступает в корпус циклона. Поток газа движется по касательной, в результате чего приобретает вращательное движение. Частицы пыли откидываются центробежной силой и попадают в крайние слои загрязненного газа, которые перемещаются по спирали вниз вдоль стенок циклона. Взвешенные частицы пыли выводятся из установки через специальный отводящий патрубок. Смесь газа и пыли вращается и поднимается вверх, в результате чего образуется вихрь. Данный вихрь двигается по направлению оси установки к выхлопной трубе и захватывает с собой часть газа, из внутренних слоев перемещающихся вниз. Данный слой газа характеризуются невысоким содержанием частиц пыли. Он перемещается по конической части корпуса до нижнего края выхлопной трубы. По достижении нижнего края выхлопной трубы, поток разворачивается к оси циклона.

2.2 Вихревые пылеуловители. Технические характеристики

Все чаще в промышленности используются вихревые пылеуловители. Такой аппарат напоминает циклон, однако его особенностью является наличие в нем дополнительного закручивающего газового потока. В мире выпускаются различные модели таких пылеуловителей, имеющие производительность 300-40000 м³/час. Производительность вихревых пылеуловителей увеличивается при уменьшении диаметра.

В вихревых пылеуловителях атмосферный воздух, запыленные газы, а также периферийная часть потока чистого газа применяются как вторичный газ.

Если сравнивать вихревые пылеуловители с противоточными циклонами, то первые имеют такие преимущества, как работа с газами высокой температуры, хорошая степень очистки, регулировка процесса очищения газа от пыли за счет регулировки расхода вторичного воздуха. Среди недостатков вихревых пылеуловителей следует выделить высокое гидравлическое сопротивление, необходимость в мощном тягодутьевом устройстве, а также сложную эксплуатацию и установку.

Для того чтобы рассчитать минимальный диаметр частиц, которые способен полностью уловить вихревой пылеуловитель, используется формула:

d_кр = v(нІ/H)·(18м_г·ln[D₁/D_тр])/([с_ч-с_z]·щІ)

в которой H - является высокой рабочей зоны,

D_тр - диаметр проводящей трубы,

D₁ - это диаметр самого аппарата,

щ - угловая скорость очищаемого газа.

Вихревой пылеуловитель



Конструкцию вихревого пылеуловителя можно увидеть на рисунке. В таком аппарате неочищенный поток газа попадает в аппарат через патрубки, закручивается, а после этого поступает в рабочую зону вихревого пылеуловителя. Под воздействием центробежной силы частицы пыли из газа направляются к стенкам аппарата. А под воздействием силы тяжести они направляются вниз. После этого они попадают в специальный бункер. При этом очищенный воздух удается через выхлопной патрубок.

Эффективность работы такого пылеуловителя зависит от отношения количество верхнего Q₂ и нижнего Q₁ потока газа. Чтобы вихревой пылеуловитель работал со своей максимальной эффективностью, Q₂/ Q₁ должно находиться в пределах от 1,5 до 2,2.

Чтобы рассчитать такой пылеуловитель, необходимо:

1. Определение диаметра рабочей зоны. Для того при расчетах скорость запыленного потока берется как н_г=5-10 (м/с):

D₁ = v4·G/Р·н_г



1. Определение размеров пылеуловителя в зависимости от его диаметра.

2. Расчет гидравлического сопротивления вихревого пылеуловителя по формуле:

Дp = (о·с·н_гІ)/2

в которой о является коэффициентом гидравлического сопротивления. При этом должны учитываться коэффициенты сопротивления верхнего и нижнего потоков.

2.3 Динамические пылеуловители. Особенности

Особенностью динамических пылеуловителей является то, что в таких аппаратах очищение газов от пыли происходит не только при помощи центробежной силы, но и за счет силы Кориолиса, которая возникает в процессе вращения рабочего колеса. В таких пылеуловителях кроме осаждения частиц выполняется еще и функция тягодутьевого устройства.

Пылеуловитель такого типа использует большее количество электроэнергии, чем вентилятор при таком же напоре и производительности. Однако этот расход энергии все равно меньше, чем необходимый расход при раздельном функционировании центробежного пылеуловителя и вентилятора.

Конструкция простейших динамических пылеуловителей состоит из кожуха и рабочего колеса. При этом рабочее колесо приводит в движение неочищенный газ. А под воздействием силы Кориолиса и центробежной силы из газа выделяются частицы пыли.

Динамические пылеуловители делятся на две группы. Аппараты первой группы работают так, что газовый поток с пылью подается на центральную часть колеса, а частицы пыли, которые отделяются в процессе очищения, двигаются в направлении подачи газа. Пылеуловители второй группы частицы пыли перемещаются в направлении, обратном движению газа. При этом неочищенный газ всасывается в отверстия барабанов, которые находятся на его боковой поверхности.

Динамический пылеуловитель

Самыми популярными динамическими пылеуловителями являются дымосос-пылеуловители (см. рис.). Такие аппараты используются для первоначального очищения газов для асфальтобетонных заводов, линейного производства. Такие динамические пылеуловители способны задерживать частицы пыли, размер которых не меньше 15 мкм. Рабочее колесо на валу создает разность давления, с помощью которой и выполняется перемещение газов. А под воздействием центробежных сил частицы пыли отбрасываются в периферии, а после этого выводятся из аппарата с некоторым количеством газа.



3. Оценка эффективности пылеулавливания

Главным показателем эффективности работы пылеулавливающих аппаратов является степень очистки газа. Степень очистки выражается отношением количества уловленной пыли ко всему объему пыли, поступившей вместе с газом:

з = G_ул /G = (Q₁c₁ - Q₂c₂)/Q₁c₁ = 1 - (Q₂c₂/Q₁c₁)

где G_ул - количество пыли, уловленной аппаратом, мг;

G - количество всей пыли, поступившей в апарат, мг;

Q₁ и Q₁ - расход воздуха, содержащего пыль, на входе и на выходе утройства соответственно, мі/с;

c₁ и c₂ - концентрация пыли в воздухе на входе и на выходе устройства соответственно, мг/мі.

В том случае, если в пылеуловителе нет подсоса воздуха и отсутствует утечка воздуха, то принимают Q₁=Q₂, а эффективность работы аппарата определяется так:

з = 1-c₂/c₁

Для определения конечной запыленности или сравнения относительной запыленности газов на выходе разных аппаратов применяют коэффициент проскока, который выражается через эффективность пылеулавливания:

е = 1-з

На практике часто применяют фракционную эффективность очистки, которая позволяет определить степень очистки газа от частиц указанного размера:



з_Ф = (Ф₁-Ф₂[1-з])/Ф₁

где Ф₁ и Ф₂ - содержание фракции в газах на входе и выходе соответственно,%.

Получив по каждой фракции значение эффективности очистки, можно узнать эффективность работы пылеуловителя в целом:

з = з_Ф1Ф₁/100 + з_Ф2Ф₂/100 + … + з_ФnФ_n/100.



4. Пылеосадители гравитационные и инерционные. Пылеосадительная камера

Принцип действия данных аппаратов заключается в том, что частицы загрязнения удаляются из потока газа под действием инерционных сил. В таких установках очищаемый поток резко изменяет направление движения и одновременно теряет скорость перемещения, в результате чего, взвешенные частицы, стремясь сохранить уровень своей скорости, выделяются из общего потока газа.

Одним из видов данных установок является жалюзийный золоуловитель. Конструктивно такой аппарат представляет собой трубу, оснащенную решеткой из наклонных перегородок. Функцией перегородок является своего рода фильтрация твердых частиц. Так, взвешенные частицы золы проходят по трубе с потоком газа и ударяются о перегородки. Такой контакт частиц с поверхностью решеток отбрасывает их в противоположную сторону движения общего газового потока.

Таким образом, с одной стороны решетки скапливается газ с пылью (примерно 10% от общего потока), а по другую очищенный газ. Газ с пылью выводится в золоуловители, а затем подвергается дополнительной очистке в циклонах.

Гравитационные и инерциальные пылеуловители позволяют очищать газовые потоки от крупных и тяжелых частиц, минимальные размеры которых составляют 50 мкм. Такие установки используются только для предварительной очистки газов, в том числе имеющих высокую концентрацию пыли.

Наиболее простой по конструкции является пылевая (осадительная) камера. Осаждение твердых частиц в камере происходит при медленном движении потока запыленного газа.

Пылевые камеры отличаются большими размерами и низкой эффективностью работы. Тем не менее, они находят широкое применение в таких областях промышленности, как химическая, горнообогатительная и металлургическая. Достоинства этих устройств в том, что они просты и надежны в эксплуатации, обладают низким гидравлическим сопротивлением.

4.1 Вращающиеся сухие пылеуловители

Механические вращающиеся пылеуловители (ротационные) представляют собой установки, которые одновременно перемещают и очищают воздух. Типичная схема ротационной пылеулавливающей установки представлена ниже.

Схема типичного механического вращающегося пылеуловителя.

Вращающееся колесо выполнено в форме вогнутого диска, на котором размещены лопатки. Данная конструкция помещена в улиткообразный корпус. Загрязненный газ подается посредством патрубка по оси колеса. В результате действия инерционных сил, газ заполняет пространство в узких каналах между лопатками колеса. Твердые пылевые частицы, обладая большим весом, по сравнению с газом, подвержены воздействию центробежных сил. Пыль прижимается к диску и лопаткам, скользит по ним от центра к периферии и попадает в пространство между кожухом и диском. После чего частицы выводятся в пылеприемник. Из пылеприемника газовая смесь, содержащая до 5% газа, поступает в бункер, где она оседает. Чистый газ выводится посредством выходного патрубка.

К преимуществам данных установок принято относить: высокую производительность, небольшие габариты, несложность в эксплуатации, качественную очистку от мелких пылевых частиц.



5. Расчет насадочного абсорбера

Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения водой сернистого газа (SO₂) из смеси его с воздухом.

1. Количество перерабатываемой смеси - V = 1,7 м³/с.

2. Начальная концентрация SO₂ в смеси - _Н=7, 0 масс. %.

3. Конечная концентрация SO₂ в смеси - _к =0,2масс.%.

4. Избыток абсорбента - 20 %, следовательно, .

5. Давление абсорбции - П = 140,5 кПа.

6. Температура абсорбции - t = 32 ⁰С.

7. Начальная концентрация SO₂ в абсорбенте - _Н =0 масс. %.

Определить:

1. Количество поглощаемого газа - G_SO2, кг/с.

2. Расход абсорбента - L, кг/с.

3. Диаметр абсорбера - D_к, м.

4. Высоту колонны - Н_к, м.

5. Гидравлическое сопротивление - Др, кПа.

Схема установки.

Рисунок 1. Схема насадочного абсорбера для поглощения водой сернистого газа (SO₂) из смеси его с воздухом

5.1 Определение количества поглощаемого сернистого газа

Количество поглощаемого сернистого газа (SO₂) определяется по формуле

где: y_н- начальная концентрация SO₂ в газовой смеси, выраженная в мольных долях, ;

- молекулярная масса, ;

- коэффициент извлечения SO₂;

22,4- объем, занимаемый 1 кмоль газа, м³.

Начальная концентрация SO₂ в газовой смеси определяется по формуле

где: y_н=7,0 масс. % - начальная концентрация SO₂ в смеси,

- молекулярная масса SO₂= 64 ;

M_возд- молекулярная масса воздуха 29.

Коэффициент извлечения SO₂ рассчитывается по выражению

;

Тогда количество поглощаемого SO₂ по формуле равно

.

5.2 Определение расхода абсорбента

Расход абсорбента определяется по формуле

где: - начальная и конечная концентрация SO₂ в абсорбенте, выраженные в относительных массовых единицах, (

Конечная концентрация SO₂ в абсорбенте определяется по формуле

,

где: - мольная доля SO₂ в абсорбенте, равновесная с начальной концентрацией SO₂ в газовой фазе, определяется по выражению

где: К- коэффициент Генри для водных растворов.

Для водного раствора SO₂ при t= 36⁰ c коэффициент Генри К=44260 мм.рт.ст.=5900 кПа;

П- давление абсорбции =140,5 кПа

Вначале определяем равновесную мольную долю SO₂ в абсорбенте по формуле

Затем определяем конечную равновесную концентрацию SO₂ в абсорбенте по формуле

И наконец определяем расход абсорбента

Действительная концентрация SO₂ в абсорбенте на выходе из абсорбера определяется по формуле

пылеулавливающий оборудование насадочный абсорбер

Тогда действительная концентрация SO₂ в абсорбенте на выходе из абсорбера составит

5.3 Определение диаметра абсорбера

Выбираем материал и тип насадки. Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении, они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

Керамические кольца Рашига размером 25х25х3 мм.

Удельная поверхность -

Свободный объем -

Масса насадки -

Эквивалентный диаметр -

Расчет абсорбера производят для работы при оптимальном гидродинамическом режиме. Рабочую скорость газа в абсорбере можно определить, используя критериальную зависимость

^0,43

Скорость газа определяется по формуле

где:

Другой способ определения рабочей скорость заключается в следующем.

Определяется рабочая скорость газа по формуле

Скорость газа, соответствующая возникновению режима эмульгирования (считая на полное сечение колонны), определяется по уравнению

где: - средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях,

- вязкость воды при рабочих условиях, мПа*с;

- плотность воды при рабочих условиях,;

L- расход абсорбента, ;

- расход газа,

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле

где: - средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях,

=0 ⁰с=273 К;

Т- температура, К;

П₀=760 мм.рт.ст. = 101300 Па.

Прежде чем определить среднюю плотность газовой фазы при рабочих условиях, следует рассчитать конечную концентрацию SO₂ в газовой смеси, выраженную в мольных долях, по формуле

где: в смеси

Концентрация SO₂ в нижней и верхней части колонны будет определяться как

Средняя концентрация SO₂ определяется по формуле



Средняя концентрация воздуха определяется по формуле

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле

Подставляем полученные значения в формулу

Средняя молекулярная масса газовой смеси определяется по формуле

Расход газа определяется по формуле



Вязкость газовой смеси при рабочих условиях определяется по формуле

где: = Пас*с;

= Пас*с- коэффициенты динамической вязкости соответственно SO₂, воздуха при температуре абсорбции t=36 ⁰c

После подстановки соответствующих значений в формулу получим

оттуда

Тогда рабочая скорость газа по формуле

Расход смеси при рабочих условиях определяется по формуле

где: П₀=101300 Па;

Т₀=273 К.

Диаметр абсорбера определяется по формуле

По каталогу принимаем стандартную колонну диаметром Dк=2200мм.

Действительная скорость потока газа определяется по выражению

Определяем плотность орошения

Так как U > U_опт принимаем выбранную насадку - керамические кольца Рашига 25 Ч 25 Ч 3 мм.

5.4 Определение высоты колонны

Высота насадочного абсорбера. Для начала необходимо определить: среднюю движущую силу, коэффициент массопередачи и высоту насадки.



5.4.1 Определение движущей силы внизу колонны

Движущая сила процесса внизу колонны определяется по формуле

где: -парциональное давление SO₂ на входе в абсорбер;

-парциональное давление SO₂ в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера.

Парциональное давление SO₂ на входе в абсорбер определяется по формуле

Конечная концентрация SO₂ в жидкости, выраженная в мольных долях, определяется по выражению

Парциальное давление SO₂ в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера, определяется по формуле



Тогда движущая сила внизу колонны составит

5.4.2 Определение движущей силы вверху колонны

Движущая сила процесса вверху колонны определяется по формуле

где: - парциональное давление SO₂ в газе, выходящем вверху из абсорбера;

- парциональное давление SO₂ в равновесном с водой газе.

Парциальное давление SO₂ в газе, выходящем вверху из абсорбера, определяется по выражению

Так как на орошение абсорбера подается чистая вода, то парциальное давление SO₂ в равновесном с водой газе равно нулю (); отсюда движущая сила процесса абсорбции наверху колонны:

После подстановки в формулу соответствующих значений получаем среднюю движущую силу абсорбции



5.4.3 Определение коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи определяется по формуле. Константа в этом уравнении ц определяется по формуле

где: К - коэффициент Генри для водных растворов. Для водного раствора SO₂ при t= 32⁰ c коэффициент Генри К=44260 мм.рт.ст.=5900 кПа;

Молекулярная масса и плотность воды: =18кг/кмоль; =1000кг/м³ .

Коэффициент массоотдачи со стороны газа определяется по формуле

где: D_y - коэффициент диффузии SO₂ в воздухе при рабочих условиях; с_у=1,22 кг/м³ - средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях;

d_э =0,0145 м- эквивалентный диаметр насадки;

Р_иг- среднее парциальное давление инертного газа (в данном случае воздуха) в газовой смеси, кПа;

М_см = 29,53 кг/кмоль - средняя молекулярная масса газовой смеси.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле.



Коэффициент диффузии при рабочих условиях определяется по формуле

где: 10,3*10^-6 - коэффициент диффузии газа в воздухе

При отсутствии экспериментальных данных коэффициент (молекулярной) диффузии газа А в газе В (или газа В в газе А) может быть вычислен по формуле

где: Т- температура, К;

p- давление (абсолютное), ;

и -мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа;

и - мольные массы газов А и В,

Критерий Прандтля - по формуле

Критерий Нуссельта - по формуле

Среднее парциальное давление инертного газа определяется по формуле

Определяем коэффициент массоотдачи со стороны газа по формуле

Коэффициент массоотдачи со стороны жидкости (жидкостной пленки) определяется по формуле.

где: - критерий Нуссельта в жидкой фазе;

- коэффициент диффузии в воде, см²;

dэ=0,0145м - эквивалентный диаметр насадки.

Коэффициент диффузии в воде определяется рассчитывается по приближенной формуле при 20 ⁰С:



где: D_x - коэффициент диффузии, м²/с;

А и В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

м - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа?с?;

v_A и v_B - мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав;

МА и МВ - мольные массы газов А и В, кг/кмоль.

Определяем критерии Re, Pr и Ga в жидкой фазе.

Критерий Рейнольдса определяем по формуле

где: -площадь поперечного сечения колонны, м²,

Критерий Прандтля - по формуле

Критерий Галилея - по формуле



Подставляем в формулу и находим критерий Нуссельта:

Подставляем в формулу и находим коэффициент массоотдачи со стороны жидкости

Подставляем все найденные значения в формулу и находим коэффициент массопередачи

5.4.4 Определение высоты насадки и высоты всей колонны

Подставляем все найденные значения в формулы и находим высоту насадки

Высоту колонны в целом определяем по формуле

где: h_н = 2,0 - высота нижней части колонны, м;

h_в = 1,0 - высота верхней части колонны, м, принимается в зависимости от диаметра колонны;

- число разрывов между насадкой, шт.;

h_р = 0,4 - высота разрыва, м.



5.5 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой

Гидравлическое сопротивление насадочной колонны определяется по формуле

где: - сопротивление орошаемой насадки, Па;

- потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне, Па;

Сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле

где: А- коэффициент, который составляет 8,4 для точки инверсии, когда , 5,1 для точки подвисания при и 1,81 для точки торможения газа при ;

-скорость рабочая и инверсии соотвественно;

сн- сопротивление сухой насадки на один метр, высоты, определяется по формуле

Так как , то при Re> 40 коэффициент будет определяться по формуле:

Сопротивление сухой насадки на один метр высоты составит:

Сопротивление орошаемой насадки для точки подвисания

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне определяется по формуле:

где:- потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и выхода газового потока в колонне;

-потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и два выхода из насадки).

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и выхода газового потока в колонне определяется по формуле

где: - коэффициент внезапного расширения;

- коэффициент внезапного сужения;

- скорость газового потока в подводящих и отводящих газопроводах, м/с.

Скорость газового потока принимается в пределах w_г = 5ч20. м/с.

Принимаем w_г= 10, м/с, тогда диаметр газопроводов по формуле

По ГОСТ 8732-78 выбираем трубопровод со стандартным диаметром

D_г = 400 мм.

Определяем Re_г - критерий Рейнольдса в газопроводах по формуле

Отношение площадей сечений газопровода и колонны определяем по выражению:

Определяем критерий Рейнольдса по формуле

Коэффициенты местных сопротивлений о, коэффициент внезапного расширения о₁ = 0,81 и коэффициент внезапного сужения о₆ = 0,45 принимаются в зависимости от отношения . Тогда потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и выхода газового потока в колонне составит

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений - два входа и два выхода из насадки (рисунок 2) - рассчитывается по формуле:

где: - коэффициент внезапного сужения при входе в насадку;

- коэффициент внезапного расширения при выходе из насадки;

- фактическая скорость газового потока в насадке, м/с.

Фактическая скорость газового потока в насадке определяется по формуле

Определяем отношение площадей сечений насадки и колонны по выражению



Тогда при отношении коэффициент внезапного сужения при входе в насадку , коэффициент внезапного расширения при выходе из насадки 0,8

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и два выхода из насадки) составит

По формуле определяем потерю давления на преодоление местных сопротивлений в колонне

Тогда общее гидравлическое сопротивление насадочной колонны по формуле будет равно:



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К сухим механическим пылеуловителям относят аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения:

гравитационный (пылеосадительные камеры);

инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия);

центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).

К основным характеристикам пылеулавливающего оборудования относятся эффективность (степень) очистки воздуха от пыли, гидравлическое сопротивление; расход электрической энергии; стоимость очистки.

Основные достоинства сухих механических пылеуловителей: простота конструкции и безотказность работы при обычных и высоких температурах и давлении, отсутствие движущихся частей в аппарате; возможность улавливания абразивных материалов; постоянство гидравлического сопротивление аппаратов; возможность извлечения из газов чистые продуктов пыли в сухом виде и жидкости в неразбавленном состоянии.

Недостатком сухих пылеуловителей является невысокая эффективность улавливания пыли (60..80 %), в связи с чем они часто выполняют роль аппаратов предварительной очистки газов.

Пылеуловители гравитационного и инерционного действия

Пылеосадительные камеры. Пылеосадительные камеры применяются в основном для предварительной очистки газов от крупной пыли (с размером частиц 50 мкм и более) и одновременно для охлаждения газа. Степень очистки газа в камерах обычно составляет 40…50%.

Инерционные пылеуловители. Работа инерционных пылеуловителей основана на том, что при движении частиц пыли в газовом потоке изменение направления потока приводит к увеличению сил, ускоряющих движение частиц и вызывающих их отклонение от линии тока газа.

Преимуществами ИП являются компактность и простота устройства. и невысокая стоимость аппарата.

Аппарат может применяться в качестве первой ступени при очистке воздуха от крупнодисперсной пыли.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арустамов Э.А. Природопользование. М.: Дашков и К, 2005.

2. Криксунов Е.А. Экология. М.: Дрофа, 1995.

3. Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Метод, указания. -- М.: Минздрав СССР, 1985

4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. М.: АО МДС, Юнисам, 1995.

5. Муравьева С. И., Прохорова Е. К. Справочник по контролю вред-ных веществ в воздухе. -- М.: Химия, 1988.

7.Снакин В. В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. -- М.: Академия, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...