611_CHernovskij_L.A._Promyshlennaja_ehkologija_Praktikum_

поверхность решетки. Для обычных условий рекомендуемая скорость ω = 2 м/с.

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

S

Qн

,

(1)

где Qн – 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 :

D	4S
		.	(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 = Lу + Lсл ,	(3)

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

Величина Lу определяется массовым расходом уловленной пыли Gп, кг/с; концентрацией пыли в утечке ху, кг пыли/кг воды; коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой Кр, выраженным отношением расхода пыли, попадающей в утечку, к общему расходу уловленной пыли:

	GпК р
Lу		,	(4)
	ху

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

Gп = Qн сн η,

(5)

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

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

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

41

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

L	2GпК р	(6)
	,

ху

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

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

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

S	о			,	(7)
			о

где φ – отношение перфорированной площади решетки к площади сечения аппарата (φ = 0,9 – 0,95).

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

t d o	0,91	.	(8)
	S о

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 Кп,

м/с:

	К	п		2		,	(9)
				2
	где η – заданная степень очистки газа от пыли.
	Связь между Кп и высотой слоя пены Н,					м, при улавливании водой
	гидрофильной пыли выражается следующим эмпирическим уравнением:
	Н = Кп – 1,95ω + 0,09 ,						(10)

где величины Кп и ω имеют размерность м/с.

42

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

ho = 1,43 Н1,67 ω-0,83.

Высоту порога hп , м, рассчитывают по эмпирической формуле hп = 2,5 ho – 0,01763i2 ,

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

i Lсл , bс

где bс – ширина сливного отверстия.

При прямоугольном сечении аппарата bс равна ширине решетки.

(11)

(12)

(13)

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	Расход газа,	Начальная	Концентрация	Эффективность
варианта	Q, м3/ч	концентрация	пыли в	очистки, η
		пыли в газе, сн,	утечке, ху,
		кг/м3	кг/кг
1	10 000	0,0040	0,10	0,98
2	10 500	0,0042	0,10	0,98
3	11 000	0,0044	0,10	0,98
4	11 500	0,0046	0,10	0,98
5	12 000	0,0048	0,10	0,98
6	12 500	0,0050	0,12	0,97
7	13 000	0,0052	0,12	0,97
8	13 500	0,0054	0,12	0,97
9	14 000	0,0056	0,12	0,97
10	14 500	0,0058	0,12	0,97
11	15 000	0,0060	0,14	0,96
12	15 500	0,0062	0,14	0,96
13	16 000	0,0064	0,14	0,96
14	16 500	0,0066	0,14	0,96
15	17 000	0,0068	0,14	0,96
16	17 500	0,0070	0,16	0,95
17	18 000	0,0072	0,16	0,95
18	18 500	0,0074	0,16	0,95
19	19 000	0,0076	0,16	0,95
20	19 500	0,0078	0,16	0,95
		43

Номер	Расход газа,		Начальная	Концентрация	Эффективность
варианта	Q, м3/ч		концентрация	пыли в	очистки, η
			пыли в газе, сн,	утечке, ху,
			кг/м3	кг/кг
21	20 000		0,0080	0,18	0,94
22	20 500		0,0082	0,18	0,94
23	21 000		0,0084	0,18	0,94
24	21 500		0,0086	0,18	0,94
25	22 000		0,0088	0,18	0,94
26	22 500		0,0090	0,20	0,93
27	23 000		0,0092	0,20	0,93
28	23 500		0,0094	0,20	0,93
29	24 000		0,0096	0,20	0,93
30	24 500		0,0098	0,20	0,93
Для всех вариантов:		температура газа 60 оС.

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.

Контрольные вопросы

1.Для очистки от каких загрязнителей предназначены пенные пылеуловители?

2.Разновидности мокрых пылеуловителей.

3.Принцип работы мокрых пылеуловителей.

4.Эффективность работы мокрых пылеуловителей.

5.Недостатки мокрых пылеуловителей.

44

Практическая работа № 7

РАСЧЕТ СКРУББЕРА ВЕНТУРИ

Для обезвреживания азрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы.

В основе работы мокрых пылеуловителей лежит контакт запылённых газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости.

Скрубберы мокрого типа целесообразно использовать, если мелкие частицы должны улавливаться с относительно высокой эффективностью, желательно охлаждение газа, а повышение его влажности не служит препятствием, если газы представляют опасность в пожарном отношении и необходимо улавливать как твёрдые, так и газообразные вещества. Наряду с положительными качествами мокрые пылеуловители имеют и недостатки:

1.Выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод, т. е. с удорожанием процесса;

2.Возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;

3.В случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

Рис 4.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода.

Среди всех мокрых пылеуловителей наибольшее распространение получили скоростные газопромыватели – скрубберы Вентури.

45

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, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40—150 м/с и прямоточный циклон-каплеуловитель.

Труба Вентури (рисунок) состоит из конфузора, служащего для увеличения скорости газа, оросительного устройства, горловины, в которой происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции. В каплеуловителе 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 = 9698% 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. Расход воды в скрубберах Вентури относительно высок: 0,7-3 м3 на 1000 м3 газа. При работе

врежиме тонкой очистки скорость газов в горловине должна поддерживаться

впределах 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 Кт, 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):

К	р р	Vж		(1)
Т	жV ,
		Г

где р – гидравлическое сопротивление аппарата, Па; рж – давление распыляемой жидкости на входе в аппарат, Па;

Vж и Vг – объемные расходы жидкости и газа, соответственно, м3/с.

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

1 е ВКТ	,	(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 Nч

– понятием, используемым в теории тепло-и массообмена, связанным с η следующей зависимостью:

46

NЧ ln	1	.	(3)
	1
Из сопоставления выражений (2) и (3) следует, что:
NЧ ВКТ .			(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:

		Сн Ск
		,		(5)
		Сн

где Сн – начальная концентрация пыли в газе, мг/м3; Ск – конечная концентрация пыли в газе, мг/м3.

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

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

4.Определяется общее гидравлическое сопротивление р скруббера

Вентури:

	р КТ ржm ,							(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 1, кг/м3:
	1 0	273(101,3 p1)
		(273 t )101,3					.	(7)
					1
6.	Определяется объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури
при рабочих условиях V1, м3/с:
	V	V	0	0				(8)
	1				.
					1
7.	Определяется расход орошающей воды Мж, кг/с:
	Мж= 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)
		47

10. Определяется плотность газов на выходе из скруббера Вентури ρ2,

кг/м3:

	2	0	273(101,3 p1 p)			.	(11)
			(273 t	2	)101,3

11. Определяется объемный расход газа на выходе из трубы Вентури V2,

м3/с:

V V	0			(12)
2 0		.
		2

12. Определяется диаметр циклона-каплеуловителя Dц, м:

	Dц	1,13	V	2	,	(13)
			ц

где ωц - скорость газа в циклоне-каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с). 13. Определяется высота циклона-каплеуловителя Н, м:

Н = 2,5Dц . (14) 14. Определяется гидравлическое сопротивление циклона-

каплеуловителя pц , Па:

			2
	p		ц	2
			2	,		(15)
	ц	ц

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

15. Определяется гидравлическое сопротивление трубы Вентури pТ ,

Па:

pТ p pц .								(16)
16. Определяется коэффициент сопротивления, обусловленный вводом
орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури								ж :
	М	ж			Г	0,3
							,	(17)
ж 0,63 с	МГ
				ж

где с - коэффициент сопротивления сухой трубы ( с = 0,12-0,15);

МГ - массовый расход газа, кг/с.

48

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

2			2 pТ					.	(18)
		2		ж		ж	m
	с

18. Определяется диаметр горловины трубы Вентури d, м:

d 1,13	V2			(19)
		.
		2

По полученному диаметру находятся все остальные размеры нормализованной трубы Вентури.

ЗАДАНИЕ

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

Таблица 1 Исходные данные

Номер		Разрежение	Концентрация	Температура
варианта	Расход газа	перед	пыли в газе	газа
	Vо, м3/ч	газоочисткой	Сн, г/м3	t1, оС
		p1, кПа
1	1200	1,4	1,0	40
2	1400	1,4	1,2	40
3	1600	1,4	1,4	40
4	1800	1,4	1,6	40
5	2000	1,4	1,8	40
6	1200	1,6	1,0	50
7	1400	1,6	1,2	50
8	1600	1,6	1,4	50
9	1800	1,6	1,6	50
10	2000	1,6	1,8	50
11	1200	1,8	1,0	60
12	1400	1,8	1,2	60
13	1600	1,8	1,4	60
14	1800	1,8	1,6	60
		49

Номер	Расход газа	Разрежение	Концентрация	Температура
варианта	Vо, м3/ч	перед	пыли в газе	газа
		газоочисткой	Сн, г/м3	t1, оС
		p1, кПа
15	2000	1,8	1,8	60
16	1200	2,0	1,0	70
17	1400	2,0	1,2	70
18	1600	2,0	1,4	70
19	1800	2,0	1,6	70
20	2000	2,0	1,8	70
21	2200	2,2	1,0	80
22	2400	2,2	1,2	80
23	2600	2,2	1,4	80
24	2800	2,2	1,6	80
25	3000	2,2	1,8	80

Для всех вариантов:

1) плотность газа ρо = 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.

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.

Контрольные вопросы

1.Что лежит в основе работы мокрых пылеуловителей?

2.Где целесообразно использовать скрубберы мокрого типа?

3.Достоинства и недостатки мокрых пылеуловителей.

4.Как работает скруббер Вентури?

5.От чего зависит эффективность работы скруббера Вентури?

50