РАСЧЕТ ПЕННОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ

 

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) рассчитать пенный аппарат, имеющий круглое поперечное сечение, для очистки газа от гидрофильной, не склонной к слипанию, пыли водой.

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход газа, Q, м3/ч	Начальная концентрация пыли в газе, сн, кг/м3	Концентрация пыли в утечке, ху, кг/кг	Эффективность очистки, η
	10 000	0, 0040	0, 10	0, 98
	10 500	0, 0042	0, 10	0, 98
	11 000	0, 0044	0, 10	0, 98
	11 500	0, 0046	0, 10	0, 98
	12 000	0, 0048	0, 10	0, 98
	12 500	0, 0050	0, 12	0, 97
	13 000	0, 0052	0, 12	0, 97
	13 500	0, 0054	0, 12	0, 97
	14 000	0, 0056	0, 12	0, 97
	14 500	0, 0058	0, 12	0, 97
	15 000	0, 0060	0, 14	0, 96
	15 500	0, 0062	0, 14	0, 96
	16 000	0, 0064	0, 14	0, 96
	16 500	0, 0066	0, 14	0, 96
	17 000	0, 0068	0, 14	0, 96
	17 500	0, 0070	0, 16	0, 95
	18 000	0, 0072	0, 16	0, 95
	18 500	0, 0074	0, 16	0, 95
	19 000	0, 0076	0, 16	0, 95
	19 500	0, 0078	0, 16	0, 95
	20 000	0, 0080	0, 18	0, 94
	20 500	0, 0082	0, 18	0, 94
	21 000	0, 0084	0, 18	0, 94
	21 500	0, 0086	0, 18	0, 94
	22 000	0, 0088	0, 18	0, 94
	22 500	0, 0090	0, 20	0, 93
	23 000	0, 0092	0, 20	0, 93
	23 500	0, 0094	0, 20	0, 93
	24 000	0, 0096	0, 20	0, 93
	24 500	0, 0098	0, 20	0, 93
Для всех вариантов: температура газа 60 оС.

 

Удаление пыли в аппаратах мокрой очистки происходит благодаря смачиванию частичек пыли жидкостью. Процесс протекает тем эффективнее, чем больше поверхность контакта фаз между газом и жидкостью, что достигается, например, диспергированием жидкости на капли или газа на множество пузырей, формирующих пену.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками (тарелками). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены, очищается от пыли за счет осаждения частиц на поверхности газовых пузырей.

Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3-8 мм и свободное сечение 0, 15-0, 25 м²/м². Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия d_о = 4-8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4-5 мм. Свободное сечение всех тарелок составляет 0, 2-0, 3 м²/м².

Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи газа под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы. Дальнейший рост скорости газа до 2-2, 5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0, 95-0, 96 при удельных расходах воды 0, 4-0, 5 л/м³ [3, 4].

Среди аппаратов мокрой очистки газов широкое распространение получили пенные газоочистители ЛТИ. Они могут быть с провальной и переливной решетками. Аппараты с переливной решеткой и сливным устройством позволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости.

Корпус пылеуловителя может быть круглого или прямоугольного сечения. В первом случае обеспечивается более равномерное распределение газа, во втором – жидкости.

На рис. 1 показана схема пенного пылеуловителя с переливной решеткой для очистки газов с отводом воды через сливное устройство.

При расчете пенных пылеуловителей определяют площадь поперечного сечения аппарата S, расход воды L, который требуется для очистки газа, высоту слоя пены Н и сливного порога h_п, обеспечивающих нормальную работу аппарата [5].

Очищенный газ

 

 

 

1

2

3

Вода

 

Запыленный газ

Шлам

 

 

 

 

Шлам

1 – корпус; 2 – решетка; 3 – сливной порог

Рис. 1. Схема пенного пылеуловителя

 

Порядок расчета

 

1. Выбор расчетной скорости газа. Скорость газа в аппарате – один из важнейших факторов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей составляет 0, 5-3, 5 м/с. Однако при скоростях выше 2 м/с начинается сильный брызгоунос и требуется установка специальных брызгоуловителей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решетки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решетки. Для обычных условий рекомендуемая скорость ω = 2 м/с.

2. Определение площади сечения аппарата. Площадь поперечного сечения аппарата S, м², равна:

, (1)

где Q_н – расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях, м³/с.

В случае круглого поперечного сечения, в котором обеспечивается более равномерное распределение газа, при известной площади сечения S можно определить диаметр корпуса аппарата D, м:

. (2)

3. Определение расхода поступающей воды. Для холодных и сильно запыленных газов расход определяется из материального баланса пылеулавливания, для горячих газов – из теплового баланса. В сомнительных случаях выполняют оба расчета и выбирают наибольшие из полученных значений расхода. Обычно газ можно рассматривать как холодный, если его температура ниже 100 ^оС.

Расход поступающей воды L, кг/с, рассчитывают, исходя из материального баланса пылеулавливания:

L = L_у + L_сл, (3)

где L_у – расход воды, стекающей через отверстия в решетке (утечка), кг/с; L_сл – расход воды, стекающей через сливной порог, кг/с.

Величина L_у определяется массовым расходом уловленной пыли G_п, кг/с; концентрацией пыли в утечке х_у, кг пыли/кг воды; коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой К_р, выраженным отношением расхода пыли, попадающей в утечку, к общему расходу уловленной пыли:

, (4)

Расход уловленной пыли G_п, кг/с, может быть определен из выражения

G_п = Q_н с_н η , (5)

где с_н – начальная концентрация пыли в газе, кг/м³; η – заданная эффективность пылеулавливания, доли единицы.

Коэффициент распределения К_р находится в диапазоне 0, 6-0, 8; в расчетах обычно принимают К_р = 0, 7.

Концентрация пыли в утечке изменяется от х_у = 0, 2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до х_у = 0, 05 (для цементирующихся пылей.

Поскольку в утечку попадает больше пыли, чем в воду, стекающую через сливной порог, то для уменьшения общего расхода воды целесообразно уменьшать величину L_сл. Однако слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Поэтому в расчетах рекомендуется принимать L_сл = L_у. Исходя из этого, выражение (3) приводится к виду:

, (6)

4. Определение типа решетки. В задачу этого этапа расчета входит выбор типа перфорации (круглые отверстия или щели), диаметра отверстия d_о или ширины щели b_щ и шага между ними t. Форму отверстий выбирают из конструктивных соображений, а их размер – исходя из вероятности забивки пылью. Обычно принимают b_щ = 2–4 мм, d_о = 2–6 мм.

Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях ω _о, которая обеспечит необходимую величину утечки. При диаметрах отверстий d_о = 2–3 мм скорость газа должна составлять 6–8 м/с, а при d_о = 4–6 мм ω _о = 10–13 м/с.

Далее рассчитывают долю свободного сечения решетки S_о, отвечающей выбранной скорости:

, (7)

где φ – отношение перфорированной площади решетки к площади

сечения аппарата (φ = 0, 9 – 0, 95).

Исходя из величины S_о, определяют шаг t, м, между отверстиями в зависимости от способа разбивки отверстий на решетке. При разбивке по равностороннему треугольнику

. (8)

Толщину решетки δ выбирают по конструктивным соображениям. Минимальному гидравлическому сопротивлению отвечает δ = 5 мм.

5. Определение высоты слоя пены и сливного порога. Высоту порога на сливе с решетки устанавливают исходя из создания слоя пены такой высоты, которая обеспечила бы необходимую степень очистки газа.

Первоначально определяют коэффициент скорости пылеулавливания К_п, м/с:

, (9)

где η – заданная степень очистки газа от пыли.

Связь между К_п и высотой слоя пены Н, м, при улавливании водой гидрофильной пыли выражается следующим эмпирическим уравнением:

Н = К_п – 1, 95ω + 0, 09, (10)

где величины К_п и ω имеют размерность м/с.

Далее определяют высоту исходного слоя воды на решетке h_o, м:

h_o = 1, 43 Н^{1, 67} ω ^{-0, 83}. (11)

Высоту порога h_п, м, рассчитывают по эмпирической формуле

h_п = 2, 5 h_o – 0, 0176 , (12)

где i – интенсивность потока на сливе с решетки, кг/(м∙ с)

, (13)

где b_с – ширина сливного отверстия.

При прямоугольном сечении аппарата b_с равна ширине решетки.

Содержание отчета

 

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему пенного пылеуловителя;

4) расчет пылеуловителя;

5) выводы.

 

Практическая работа № 6

РАСЧЕТ СКРУББЕРА ВЕНТУРИ

 

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) рассчитать скруббер Вентури для очистки газов, содержащих известковую пыль.

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход газа Vо, м3/ч	Разрежение перед газоочисткой p1, кПа	Концентрация пыли в газе Сн, г/м3	Температура газа t1, оС
		1, 4	1, 0
		1, 4	1, 2
		1, 4	1, 4
		1, 4	1, 6
		1, 4	1, 8
		1, 6	1, 0
		1, 6	1, 2
		1, 6	1, 4
		1, 6	1, 6
		1, 6	1, 8
		1, 8	1, 0
		1, 8	1, 2
		1, 8	1, 4
		1, 8	1, 6
		1, 8	1, 8
		2, 0	1, 0
		2, 0	1, 2
		2, 0	1, 4
		2, 0	1, 6
		2, 0	1, 8
		2, 2	1, 0
		2, 2	1, 2
		2, 2	1, 4
		2, 2	1, 6
		2, 2	1, 8
Для всех вариантов: 1) плотность газа ρ о = 1, 26 кг/м3; 2) давление воды, поступающей на орошение pж = 300 кПа; 3) требуемая концентрация пыли в газе на выходе из аппарата Ск = 20 мг/м3; 4) константы: В = 6, 9× 10-3, = 0, 67.

Работа скруббера Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Скруббер Вентури включает в себя трубу Вентури и прямоточный циклон-каплеуловитель (рис. 1).

Очищенный газ

 

 

 

Газ

4 1 2 3

Вода

Шлам

1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; 4 – оросительное устройство; 5–каплеуловитель

Рис. 1. Схема скруббера Вентури

Труба Вентури состоит из конфузора 1, служащего для увеличения скорости газа, оросительного устройства 4, горловины 2, в которой происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора 3, в котором протекают процессы коагуляции. В каплеуловителе 5 благодаря тангенциальному вводу газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.

Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью η = 96-98% на пылях со средним размером частиц 1-2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (до 0, 01 мкм) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе – от 0, 05 до 100 г/м³.

При работе в режиме тонкой очистки скорость газов в горловине должна поддерживаться в пределах 100-150 м/с.

Расчет эффективности очистки мокрых пылеуловителей наиболее часто проводят на основе энергетического метода.

Главным энергетическим параметром мокрого пылеуловителя является суммарная энергия соприкосновения К_т, т.е. расход энергии на обработку жидкостью определенного объема газов в единицу времени.

Численную величину этого параметра определяют из следующего выражения, (кДж/1000 м³ газа):

, (1)

где Δ р – гидравлическое сопротивление аппарата, Па; р_ж – давление распыляемой жидкости на входе в аппарат, Па; V_ж и V_г – объемные расходы жидкости и газа, соответственно, м³/с.

В соответствии с энергетическим методом расчета эффективность очистки мокрого пылеуловителя может быть определена по формуле:

, (2)

где В и - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли.

При высоких степенях очистки оценку эффективности работы аппарата удобнее выражать не эффективностью очистки η , а числом единиц переноса N_ч – понятием, используемым в теории тепло- и массообмена, связанным с η следующей зависимостью:

. (3)

Из сопоставления выражений (2) и (3) следует, что:

. (4)

Энергетический подход упрощает расчет эффективности мокрых пылеуловителей и дает результаты, подтверждаемые опытом работы промышленных аппаратов.

 

Порядок расчета скруббера Вентури

1. Определяется необходимая эффективность η работы аппарата:

, (5)

где С_н – начальная концентрация пыли в газе, мг/м³; С_к – конечная концентрация пыли в газе, мг/м³.

2. По формуле (3) определяется число единиц переноса.

3. Используя выражение (4) определяется удельная энергия К_Т, затрачиваемая на пылеулавливание.

4. Определяется общее гидравлическое сопротивление Δ р скруббера Вентури:

, (6)

где m – удельный расход на орошение, принимаем m = 0, 0012 м³/м³.

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

. (7)

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

. (8)

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

М_ж= V₁ m. (9)

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

t₂ = (0, 133 – 0, 041m) t₁+ 35. (10)

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

. (11)

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

. (12)

12. Определяется диаметр циклона-каплеуловителя D_ц, м:

, (13)

где ω _ц - скорость газа в циклоне-каплеуловителе (принимаем равной 2, 5 м/с).

13. Определяется высота циклона-каплеуловителя Н, м:

Н = 2, 5D_ц . (14)

14. Определяется гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя , Па:

, (15)

где - коэффициент сопротивления циклона-каплеуловителя (для прямоточного циклона = 30 - 33).

15. Определяется гидравлическое сопротивление трубы Вентури , Па:

. (16)

16. Определяется коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури :

, (17)

где - коэффициент сопротивления сухой трубы ( = 0, 12-0, 15); М_Г - массовый расход газа, кг/с.

17. Определяется необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури , м/с:

. (18)

18. Определяется диаметр горловины трубы Вентури d, м:

. (19)

По полученному диаметру находятся все остальные размеры нормализованной трубы Вентури.

 

Содержание отчета

 

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему скруббера Вентури;

4) расчет скруббера Вентури;

5) выводы.

 

Практическая работа № 7

РАСЧЕТ АБСОРБЕРА

 

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) найти диаметр

и высоту насадочного абсорбера, заполненного керамическими кольцами размером 25× 25× 3 мм, для очистки воздуха от паров ацетона водой

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход воды L, кг/ч	Расход воздуха Q., м3/ч	Начальная концентрация ацетона в воздухе ун, % (об.)	Степень поглощения, сп
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 96
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 97
				0, 98
				0, 98
				0, 98
				0, 98
				0, 98
Для всех вариантов: 1) средняя температура в абсорбере Т = 293 К; 2) коэффициент массопередачи Ку = 0, 4 кмоль ацетона /(м2∙ ч × кмоль ацетона / кмоль воздуха); 3) коэффициент смоченности насадки ψ = 1. Уравнение линии равновесия: Y* = 1, 68 Х

 

Наибольшее распространение для очистки отходящих газов от токсичных примесей получили абсорбционные методы.

Процессы абсорбции проводят в поверхностных, пленочных, насадочных, тарельчатых и распыливающих абсорберах.

Схема насадочного абсорбера приведена на рис. 1.

L, Х_в

 

G, Y_в

 

 

2

 

1

G, Y_н

L, Х_н

 

1 – корпус; 2 – насадка

Рис. 1. Схема насадочного абсорбера

L – массовый расход жидкости; G – массовый расход газа; Х_в, Х_н - начальная и конечная концентрации примеси в жидкости на верху и в низу абсорбера; Y_в, Y_н - начальная и конечная концентрации примеси в газе на верху и в низу абсорбера

 

Расчет диаметра и высоты насадочного абсорбера проводится в следующей последовательности [1].

Определяем количество поглощаемого ацетона М, кмоль/ч:

, (1)

где Q – расход воздуха, м³/ч (табл.1); у_н – начальная концентрация ацетона в воздухе, доли ед. (табл. 1); с_п – степень поглощения, доли ед. (табл.1). 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:

, (2)

где М_в – мольная масса воды, М_в = 18; L – расход воды, кг/ч (табл.1).

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

. (3)

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

. (4)

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

Δ Y_н = Y_н – Y_н^*, (5)

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

Y_н^* = 1, 68 Х_н, (6)

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

Δ Y_в = Y_в – Y_в^*, (7)

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

. (8)

Требуемую поверхность массопередачи F, м², находим по уравнению:

, (9)

где К_у – коэффициент массопередачи (табл. 1).

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

, (10)

где σ – удельная поверхность насадки, σ = 204 м²/м³ [1].

Определим фиктивную скорость газа ω _з в точке захлебывания (инверсии) из уравнения (11):

, (11)

где g – ускорение свободного падения, g = 9, 8 м/с²; V_св – свободный объем насадки, V_св = 0, 74 м³/м³ [1]; ρ _г и ρ _ж – плотности газа и жидкости, кг/м³; ρ _ж = 1000 кг/м³; μ _ж – динамический коэффициент вязкости жидкости, μ _ж = 1 мПа∙ с; L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с; А = 0, 022 для насадки из колец или спиралей.

Плотность газа ρ _г равна:

, (12)

где ρ _о – плотность воздуха при нормальных условиях, ρ _о = 1, 293 кг/м³; Т – средняя температура в абсорбере, Т = 293 К (табл. 1); Т_о = 273 К.

Массовый расход газа G равен:

G = Q ∙ ρ _о, (13)

где Q –расход воздуха, м³/ч (табл. 1).

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

ω = (0, 75 - 0, 9) ω _з. (14)

 

Примем ω = 0, 75 ω _з.

Площадь поперечного сечения абсорбера S, м²:

. (15)

Найдем диаметр корпуса абсорбера D, м²:

. (16)

Требуемая высота насадки Н_н:

(17)

 

Содержание отчета

 

Отчет по практической работе должен содержать:

1) титульный лист (приложение А);

2) задание с исходными данными;

3) схему абсорбера;

4) расчет абсорбера;

5) выводы.

Практическая работа № 8

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: