Расчет рассеивания холодных выбросов вредных веществ в

Технология очистки.

Ленточный вакуум-фильтр предназначен для разделения суспензий, образующих неоднородный по размерам частиц, тяжёлый и требующий тщательной промывки осадок. Фильтр представляет собой стол, в котором имеются вакуум-камеры для отвода фильтрата и промывной жидкости. Фильтрующая поверхность (обычно ткань) покрывает прорезиненную перфорированную ленту, натянутую на крайних барабанах стола. Осадок сбрасывается в сборник при перегибе фильтрующей поверхности. Регенерация фильтрующей поверхности производится при обратном движении ленты с помощью механических щёток или паровых форсунок. Суспензия поступает на фильтр по лотку 2, а промывная жидкость из специальных промывных устройств , которые могут быть закреплены в любом месте по длине фильтра. В последние годы за рубежом появились фильтры с металлической секционной лентой.

Для предотвращения смешения суспензии, промывной воды первой промывки с промывными водами остальных промывок, над осадком устанавливаются специальные поперечные перегородки с эластичными краями из ткани в несколько слоёв или из мягкой резины, выполненные по форме сечения ленты. Эластичные края перегородки скользят по осадку, не снимая его, но предотвращая смешение жидкостей над ним. Перегородки устанавливаются над соответствующими заглушками, делящими вакуум-камеру на отдельные отсеки.

Так как и фильтрование и промывка осадка происходят на горизонтальном участке ленты, общая продолжительность пребывания осадка на фильтре (с момента попадания суспензии на фильтр до момента съёма осадка), может быть распределена различным образом между операциями фильтрования, промывки и обезвоживания в зависимости от фильтрационных свойств суспензии и желаемой степени промывки и обезвоживания.

Возможность проведения промывки в течение времени, в 2—4 раза превышающего продолжительность фильтрования, выгодно отличает ленточный вакуум-фильтр от барабанного и значительно расширяет область его применения. В связи с тем, что фильтрат и промывные воды попадают в отдельные фильтровальные камеры, а затем в различные сборники, на ленточном вакуум-фильтре возможна противоточная промывка осадка, при которой значительно снижается объем промывных вод.

Осадок с ленточного фильтра удаляется либо под действием силы тяжести (сползает на нож при огибании лентой приводного барабана), либо смывается жидкостью. Для съема липких и мажущихся осадков необходима отдувка. С этой целью барабан делается с расположенными по образующей отверстиями, к которым подведены коллекторы, ввёрнутые в ступицу. Торец ступицы пришлифован к неподвижному распределительному диску, имеющему лунообразное отверстие, через которое подаётся сжатый воздух (как на барабанных вакуум-фильтрах). Распределительный диск прижат к ступице пружиной.

Расчет систем безопасности

Задание: В соответствии с заданным вариантом произвести расчет рассеивания нагретого выброса указанного в таблице вредного вещества из высокого

одиночного источника с круглым устьем (труба) в атмосфере.

Вредное вещество: NO₂; Н=25 м; Т_г=120^оС; Т_в=30^оС; D=1, 0 м; ω ₀=8 м/с; М=10 г/с; ПДК_м.р.=0, 085 мг/м³.

Значения наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы См не должны превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вредного вещества в атмосферном воздухе ПДКм.р.:

С_м ≤ ПДК_м.р.

Максимальная концентрация См, мг/м3, вредного вещества в приземном слое при нагретых газопылевых выбросах через трубы с круглым устьем для одиночного источника определяется по формуле:

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, определяющей условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных

веществ в атмосферном воздухе; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, в единицу времени, г/с; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m, n безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса над уровнем земли, м; (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50м на 1 км, η =1); Δ Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в (табл. 1.1), равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч, ^оС, Δ Т = Т_г – Т_в; Q – объемный расход газовоздушной смеси, поступающей от источника в атмосферу (м3/с), определяемый по формуле:

Значения коэффициента А зависят от географического района, для Европейской части России севернее 52° с.ш. А = 160.

Значение безразмерного коэффициента F для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю, принимают равным единице (F = 1), для пыли и золы коэффициент F выбирают из условий:

Степень очистки газа F

- выше 90 % 2

- от 75 до 90 % 2, 5

- менее 75 % 3

Безразмерный коэффициент m определяют по формуле:

где f – коэффициент, м/(с² ^оС), определяемый по формуле:

Коэффициент n определяется в зависимости от опасной скорости ветра Vм, м/с:

при Vм < 0, 5, n = 4, 4 Vм;

при 0, 5 ≤ Vм < 2, n = 0, 532 Vм² − 2, 13 Vм + 3, 13;

при Vм ≥ 2, n = 1.

Для нагретых выбросов Vм определяется по формуле:

Расстояние х_м, м, на котором образуется максимальная концентрация вредных веществ по оси факела, определяется по формуле:

где d – безразмерный коэффициент, значение которого для нагретых выбросов при Vм ≤ 2, определяется по формуле:

Приземные концентрации вредных веществ в атмосфере на различных расстояниях от источников выброса по оси факела определяются по формуле:

где S – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения х/хм и коэффициента F, при: х/хм ≤ 1, S = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²;

х₁=100 м, х/хм=100/271, 4=0, 368

х₂=200 м, х/хм=200/271, 4=0, 737

S₁ = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²=3(0, 368)⁴- 8(0, 368)³+ 6(0, 368)²=0, 469

S₂ = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²=3(0, 737)⁴- 8(0, 737)³+ 6(0, 737)²=0, 941

С₁=0, 368*0, 292=0, 107 мг/м³

С₂=0, 941*0, 292=0, 274 мг/м³

Минимальную высоту Н_min источника выброса для рассеивания выбросов через одиночный источник, при которой максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое не превышает ПДК_м.р_., можно определить по формуле:

Выводы: в процессе расчётов определили, что расстояние, на котором образуется максимальная концентрация вредных веществ по оси факела, равно 271, 4 м; максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое при нагретых газопылевых выбросах через трубы с круглым устьем для одиночного источника равна 0, 292мг/м³; ПДВ равен 2, 911мг/м³; минимальная высотаисточника выброса для рассеивания выбросов через одиночный источник, при которой максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое не превышает ПДК_м.р_., равна 46, 335 м.

Атмосфере

Задание: В соответствии с заданным вариантом произвести расчет рассеивания холодного выброса указанного в таблице вредного вещества из высокого одиночного источника с круглым устьем (труба) в атмосфере.

Вредное вещество: NO₂; Н=25 м; D=1, 0 м; ω ₀=8 м/с; М=8 г/с; ПДК_м.р.=0, 085 мг/м³.

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы,

определяющей условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных

веществ в атмосферном воздухе; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в

атмосферу, в единицу времени (табл. 2.1), г/с; F – безразмерный коэффициент,

учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; n –

безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса над уровнем земли,

м; (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); η – безразмерный

коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для ровной или

слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50м на 1 км, η =1); К – коэффициент, с/м2, определяемый по формуле:

где D – диаметр устья источника выброса, м; ω ₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с; Q – объёмный расход газовоздушной смеси, поступающей от источника в атмосферу (м³/с), определяемый по формуле:

Коэффициент n определяется в зависимости от опасной скорости ветра Vм, м/с:

при Vм < 0, 5, n = 4, 4 Vм;

при 0, 5 ≤ Vм < 2, n = 0, 532 Vм² - 2, 13Vм + 3, 13;

при Vм ≥ 2, n = 1.

Для холодных выбросов Vм определяется по формуле:

V_м = 1, 3 ω ₀D/H=1, 3*8*1/25=0, 416

п=0, 532*0, 416²-2, 13*0, 416+3, 13=2, 336

для газообразных и мелкодисперсных примесей (F = 1)

где d – безразмерный коэффициент, значение которого для холодных выбросов определяется по формуле:

при V_м ≤ 2, d = 11, 4 V_м;

d =11, 4*0, 416=4, 742

С = S · Cм

где S – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения х/хм и коэффициента F:

при х/хм ≤ 1, S = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²;

х₁=60 м, х/хм=60/118, 56=0, 506

х₂=120 м, х/хм=120/118, 56=1, 012

х₃=240 м, х/хм=240/118, 56=2, 024

S₁ = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²=3(0, 337)⁴- 8(0, 337)³+ 6(0, 337)²=0, 696

S₂ = 3(х/хм)⁴ – 8(х/хм)³ + 6(х/хм)²=3(1, 012)⁴- 8(1, 012)³+ 6(1, 012)²=1

при 1 < х/хм ≤ 8, S =1, 13/(0, 13(х/хм)²+1)

S₃ =1, 13/(0, 13(2, 024)²+1)=0, 737

С₁=0, 506*0, 814=0, 412 мг/м³

С₂=1, 012*0, 814=0, 824 мг/м³

если 4/3, то =6215, 69 м

Выводы: в процессе расчётов определили, что расстояние, на котором образуется максимальная концентрация вредных веществ по оси факела, равно 118, 56 м; максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое при холодных (температура близка к температуре окружающего атмосферного воздуха, т.е. разность температур Δ Т близка к нулю) газопылевых выбросах через трубы с круглым устьем для одиночного источника равна 0, 814 мг/м³; ПДВ равен 0, 835 мг/м³; минимальная высотаисточника выброса для рассеивания выбросов через одиночный источник, при которой максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое не превышает ПДК_м.р_., равна 136, 09 м.

Расчет циклона

Задание: Рассчитать циклон в соответствии с заданным вариантом.

Материал: известняк

ρ _ч=2650, кг/м³

lg σ _ч=0, 384

Q=0, 6 м³/с

С_вх=0, 780 г/м³

Газовая среда ― воздух

ρ _в=1, 293 кг/м³

μ =0, 0173х10^-3 Па·с

Выбрали тип циклона: ЦН-15

Выбрав тип циклона, определили оптимальную скорость газа ω _опт, м/с, в сечении циклона: ω _опт=3, 5 м/с.

Определяют диаметр D, м, циклона по формуле:

С учетом числа циклонов n, D=0, 467м.

Полученный диаметр циклона округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона из ряда: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000 мм.

D=0, 5 м.

По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость газа в циклоне ω, м/с:

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления ξ циклона или группы циклонов:

Определяем потери давления в циклоне Δ р, Н/м²:

Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50 %, d50:

Определяем эффективность очистки газа в циклоне η:

Параметр х можно найти следующим образом:

Вывод: очистка газа в циклоне производится почти на ¾, что не может не радовать.

Расчет скруббера Вентури.

Задание: В соответствии с заданным вариантом рассчитать скруббер Вентури для очистки газов, содержащих известковую пыль.

Исходные данные:

Расход газа V₀, м³/ч ― 1600;

Разрежение перед газоочисткой p₁, кПа ― 1, 6;

Концентрация пыли в газе С_н, г/м³ ― 1, 4;

Температура газа t₁, º С ― 50;

Плотность газа ρ ₀, кг/ м³ ― 1, 26;

Давление воды, поступающей на орошение Р_ж, кПа ― 300;

Требуемая концентрация пыли в газе на выходе из аппарата мг/м³, С_к=20

Константы: В ― 6, 9 х 10^-3; χ ― 0, 67;

Расчёт скруббера Вентури.

1. Определяется необходимая эффективность η работы аппарата:

2. Определяется общее гидравлическое сопротивление Δ р скруббера Вентури:

3. Определяется плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях ρ ₁, кг/м³:

4. Определяется объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях V₁, м³/с:

5. Определяется расход орошающей воды М_ж, кг/с:

6. Определяется температура газов на выходе из скруббера Вентури t₂, ^оС, по следующей эмпирической формуле:

7. Определяется плотность газов на выходе из скруббера Вентури ρ ₂, кг/м³:

8. Определяется объемный расход газа на выходе из трубы Вентури V₂, м³/с:

9. Определяется диаметр циклона-каплеуловителя D_ц, м:

10. Определяется высота циклона-каплеуловителя Н, м:

11. Определяется гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя Δ р_ц,

Па:

12. Определяется гидравлическое сопротивление трубы Вентури Δ р_Т, Па:

13. Определяется коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури ξ _ж:

14. Определяется необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури ω ₂, м/с:

15. Определяется диаметр горловины трубы Вентури d, м:

Выводы: рассчитав аппарат, получили следующие его параметры: общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури равное 14, 31356 кПа; объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури, при рабочих условиях равен 32, 06 м³/с; расход орошающей воды равен 0, 0385 кг/с; объёмный расход газа на выходе из трубы Вентури 37, 42 м³/с; диаметр циклона-каплеуловителя равен 4, 372 м; высота циклона-каплеуловителя 10, 93 м; гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя равно 84, 19 Па; гидравлическое сопротивление трубы Вентури равно 14, 22937 кПа; коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури равен 14, 592; необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури 35, 827 м/с; диаметр горловины трубы Вентури 1 м.

Расчет абсорбера.

Задание: В соответствии с заданным вариантом найти диаметр и высоту насадочного абсорбера, заполненного керамическими кольцами размером 25× 25× 3 мм, для очистки воздуха от паров ацетона водой.

Исходные данные:

Расход воды L, кг/ч ― 2940

Расход воздуха Q, м³/ч ― 1270

Начальная концентрация ацетона в воздухе у_н, % (об.) ― 5

Степень поглощения, с_п ― 0, 96

Средняя температура в абсорбере Т ― 293 К

Коэффициент массопередачи К_у = 0, 4 кмоль ацетона /(м²·ч × кмоль ацетона / кмоль воздуха)

Коэффициент смоченности насадки ψ = 1.

Уравнение линии равновесия: Y^* = 1, 68 Х

Расчёт абсорбера.

Определяем количество поглощаемого ацетона М, кмоль/ч:

Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх абсорбера, Х_в = 0.

Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей внизу из абсорбера Х_н, кмоль ацетона/кмоль воды:

Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в абсорбер Y_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из абсорбера Y_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Находим движущую силу абсорбции в низу абсорбера Δ Y_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Значение Y_н^* находим по уравнению равновесной линии для Х_н, соответствующего низу абсорбера:

Движущая сила абсорбции на верху абсорбера Δ Y_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Средняя движущая сила Δ Y_ср, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

Требуемую поверхность массопередачи F, м², находим по уравнению:

Объем V, м³, слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности, при коэффициенте смоченности насадки ψ = 1 равен:

где σ – удельная поверхность насадки, σ = 204 м²/м³

Определим фиктивную скорость газа ω _з в точке захлебывания (инверсии) из уравнения:

Плотность газа ρ _г равна:

Массовый расход газа G равен:

Рабочая (фиктивная) скорость газа ω для абсорберов, работающих в пленочном режиме:

ω = (0, 75÷ 0, 9) ω _з

Примем ω = 0, 75 ω _з

Площадь поперечного сечения абсорбера S, м²:

Найдем диаметр корпуса абсорбера D, м:

Требуемая высота насадки Н_н, м:

Выводы: рассчитав аппарат определили его основные характеристики: диаметр абсорбера равен 0, 653 м, а требуемая высота насадки равна 2, 137 м.

Расчет сепаратора.

Задание: Рассчитать сепаратор для разделения конденсата (смеси воды и бензина) отстаиванием в соответствии с заданным вариантом.

Исходные данные

Расход конденсата Q, м³/ч ― 0, 24;

Размер частиц бензина d, мкм ― 9;

Плотность смеси воды и бензина, ρ = 840 кг/м³;

Плотность бензина, ρ _ч = 760 кг/м³;

Плотность воды, ρ = 998 кг/м³;

Динамический коэффициент вязкости среды, μ = 1, 005 · 10^-3 Па·с.

Схема сепаратора

Расчёт сепаратора

Определим скорость всплывания частиц бензина w_вспл, используя выражение для критерия Архимеда Аr:

По известному критерию Архимеда можно определить режим осаждения и значение критерия Рейнольдса Re:

- для переходной области осаждения 36 < Ar < 83000

Вывод: рассчитав сепаратор определили его основные параметры: поверхность осаждения ― F, равную 0, 282 м² и диаметр ― D, равный 0, 599м.

Виброизоляция рабочих мест.

Задание 1.Рассчитать виброизоляцию постоянного рабочего места оператора с обеспечением допустимых параметров вибрации с применением пружинных виброизоляторов.

Исходные данные:

Частота вращения ротора, об/мин ― 930;

Частота возбуждения, Гц ― 80;

Измеренное значение виброскорости, м/с ― 0, 07;

Масса опорной плиты, кг ― 330;

Масса оператора, кг ― 70;

Масса источника возбуждения, кг ― 90.

Расчёт.

= 7.2мм

Так как 3, 54 · 10⁸ H/м² < 4, 41 · 10⁸ Н/м², то условие прочности выполняется.

Конструктивно принимаем d = 8 · 10^{-3 м. В этом случае диаметр пружины составит D = С · d = 7 · 8 · 10-3} = 56 · 10^{-3 м.}

h = 0, 25÷ 0, 5 D=0, 014 м;

Вывод: так как 0, 536 < 1, 5, то продольная устойчивость виброизолированной плиты обеспечена.

Задание 2. Рассчитать виброизоляцию постоянного рабочего места оператора с обеспечением допустимых параметров вибрации с применением резиновых виброизоляторов (прокладок).

Исходные данные:

Марка резины ― СУ-363;

Частота вращения ротора, об/мин ― 930;

Частота возбуждения, Гц ― 80;

Масса опорной плиты, кг ― 330;

Масса оператора, кг ― 70;

Масса источника возбуждения, кг ― 90;

Расчёт.

Принимаем h_1p = 0, 03 м.

V_ДОП=0, 002 м/с

При Vр < Vдоп применение виброизоляторов обеспечивает виброзащиту рабочего места оператора.

Вывод: применение виброизоляторов не обеспечивает виброзащиту рабочего места оператора.

Задание 3. Рассчитать виброизоляцию постоянного рабочего места оператора с обеспечением допустимых параметров вибрации.

Исходные данные:

Среднегеометрическая частота, f, Гц ― 80;

Уровень виброскорости, L, дБ ― 116;

Тип виброизолятора ― пружинный;

Масса опорной плиты, кг ― 300;

Масса оператора, кг ― 75;

Масса источника возбуждения, кг ― 130;

Расчёт.

При Vр < Vдоп применение виброизоляторов обеспечивает виброзащиту рабочего места оператора.

Вывод: применение виброизоляторов обеспечивает виброзащиту рабочего места оператора.

Характеристика аппарата.

Заключение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахметов Т.Г., Порфирьева Р.Т., Гайгин Л.Г. Химическая технология неорганических веществ: В2кн. Кн.1.Учебное пособие.- М.: Высшая шк., 2002.-688с.: ил.

2. Борисов В.М., Ажикина Ю.В., Гальцов А.В. Физико-химические основы получения сложных фосфорсодержащих удобрений. - Л.: Химия, 1983. -247с.

3. Брук О.Л. Процессы промывки осадков, - М.: Недра, 1973, - 216с.

4. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов: Учебное пособие для техникумов.-4изд., перераб и доп. – М.: Высш. шк., 1986.-280с.

5. Гримевич В.Л., Шавалиев B.C., Родин В.И., Гримевич Л.В. Исследование процесса осветления экстракционной фосфорной кислоты. - Химическая промышленность сегодня, М., 2006, №9, с 9-16

6. Дьячков В.К. Машины непрерывного транспорта, - М.: Машгиз, 1961, - 352с.

7. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. –М.: Химия, 1971. - 440с.

8. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с., ил.

9. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.

10. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету “Процессы и аппараты химической промышленности”: Учеб. Пособие для учащихся техникумов. – 2-е изд., М.: Высшая школа, 1980. – 223с.

11. Кутепов А.М. Общая химическая технология. –М.: Высшая школа, 1990, - 520с.

12. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. 2-е изд. Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с.

13. Лейчкис И.М. Фильтрование с применением вспомогательных веществ, - Киев: Техника, 1975, - 192с.

14. Малиновская Т. А., Кобринский И. А., Кирсанов О. С, Рейнфарт В. В. Разделение суспензий в химической промышленности. – М.: Химия, 1989 г., - 264 с.

15. Марочник сталей и сплавов/ Под ред. Зубченко А.С. – М.: Машиностроение, 2001. – 672с., ил.

16. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. - М.: Химия., 1983.- 432с., ил.

Технология очистки.

Расчет систем безопасности

одиночного источника с круглым устьем (труба) в атмосфере.

Вредное вещество: NO₂; Н=25 м; Т_г=120^оС; Т_в=30^оС; D=1, 0 м; ω ₀=8 м/с; М=10 г/с; ПДК_м.р.=0, 085 мг/м³.

С_м ≤ ПДК_м.р.

12 3 Следующая ⇒