Расчет пылегазоочистной установки

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ВВЕДЕНИЕ

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПЫЛЕГАЗООЧИСТНОЙ УСТАНОВКИ

РАСЧЕТЫ АППАРАТОВ

Методика расчета осадительной камеры

Методика расчета циклона и выбора циклона

Проверочный расчет циклона

Расчет скруббера Вентури

Расчет охладительной камеры

Расчет насадочного абсорбера

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения:

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Циклон, теплообменник, осадительная камера, скруббер Вентури, абсорбер. Общие виды

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Колонна абсорбционная. Чертеж общего вида

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Скруббер Вентури. Чертеж общего вида

Задание на курсовой проект

В состав литейного цеха входит вагранка для выплавки чугуна. Производительность вагранки 6,5 т/ч. Удельное выделение загрязняющих веществ (q) следующее: пыль – 20 кг, оксид азота – 19,5 кг на тонну выплавляемого чугуна. Необходимое количество вентиляционного воздуха на 1 т выплавляемого чугуна составляет – 980 м3/час. Температура отходящих газов составляет Тг = 225 0С. Расчетная температура окружающего воздуха Тв = 18 0С.

Средний дисперсионный и фрикционный состав пыли

Источник выброса размещен от селитебной территории на расстоянии Х=30м. Необходимо спроектировать пылегазоулавливающую установку, обеспечивающую эффективность очистки в пределах установленных санитарно-гигиенических норм и определить ПДВ по пыли и оксида азота для высоты трубы Н =15 + ΔН(м), где ΔН тождественна величине номера варианта. Концентрация выбросов на границе селитебной зоны не должна превышать ПДК.

Физические параметры пыли и отходящих газов:

Плотность газа (ρг = 1,25 кг/м3)

Плотность пыли (ρпыль = 3050 кг/м3)

Средний размер частиц пыли и ее дисперсия (dm = 20 мкм), (σn =0,468)

Давление на газы Pг = 120 кПа

Динамический коэффициент вязкости вентиляционного воздуха μ = 25.2·106 н*с/м2

Введение

Пылегазоочистные установки применяются в различных сферах производства для очистки выходящего газового потока от вредных веществ. Это необходимо, если выходящий газовый поток превышает (после рассеивания его в воздухе) предельные значения ПДК.

Литейные цеха имеют широкое распространение. При выплавке чугуна в вентиляционную систему попадает: SOх, COх, NOх, H2S, СН4, пыль и соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути, цианистый водород и смолистые вещества.

Пыль является одним из многотоннажных выбросов в атмосферу. Технологические процессы во многих отраслях народного хозяйства связаны с переработкой, транспортировкой и хранением сыпучих, тонкоизмельченных материалов. Это приводит к интенсивному загрязнению воздушного пространства пылью. Под пылью понимают любые твердые частицы, содержащиеся в выбрасываемых в атмосферу газах. Для улавливания пыли применяют соответствующее пылеулавливающее оборудование, принцип действия которого основан на использовании инерционных, гравитационных, диффузионных и электрических сил.

Для улавливания пыли необходимо установить пылегазоочистную установку в несколько ступеней для улавливания пыли различной дисперсности, основанную на принципиальных особенностях процесса отделения твердых частиц от газовой фазы, это:

– оборудование для улавливания пыли сухим способом, к которому относятся циклоны, пылеосадительные камеры, вихревые циклоны, жалюзийные и ротационные пылеуловители, электрофильтры, фильтры;

– оборудование для улавливания пыли мокрым способом, к которым относится скруббер Вентури, форсуночные скрубберы, пенные аппараты.

Для очищения газа от вредных химических примесей необходимо установить абсорбер, адсорбер либо хемосорбер. В данном случае устанавливаем абсорбер насадочного типа с абсорбентом Са(ОН)2 – кальциевое молочко (суспензия).

Пылегазоочистная установка включает в себя несколько ступеней:

Газопылеочистная установка должна быть 4-х ступенчатая и состоять из последовательно соединенных аппаратов:

пылеосадительная камера – первая ступень;

циклон – вторая ступень;

скруббер Вентури – третья ступень;

абсорбер – четвертая ступень.

По заданию требуется очистить воздух от пыли и газа NO.

Принципиальная схема пылегазоочистной установки представлена

Обоснование выбора принципиальной схемы пылегазоочистной установки

Объем выбрасываемой пылегазовоздушной смеси в секунду.

Расчеты аппаратов

2.1. Методика расчета осадительной камеры

Эти камеры представляют собой простейшие аппараты для улавливания пыли. Их изготовляют в виде полых камер круглого или прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Частицы в камерах осаждаются под действием гравитационных сил. Преимуществом таких аппаратов является простота изготовления, небольшое гидравлическое сопротивление и доступность применяемых материалов, что позволяет изготовлять их на неспециализированных предприятиях. К недостаткам следует отнести низкую эффективность пылеулавливания (40–50 %), особенно при улавливании мелкодисперсной пыли (< 20 мкм). Поэтому их зачастую используют как первую ступень очистки. Для увеличения эффективности работы устанавливают вертикальные перегородки, служащие для изменения направления движения газового потока. В таких аппаратах наряду с действием сил тяжести действуют и инерционные силы, под действием которых твердые частицы наталкиваются на препятствия и выпадают из потока. Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать 1–1,5 м/с, в противном случае осевшие частицы могут подхватываться потоком и уноситься из аппарата.

2.1.1. По дисперсному и фракционному составу пыли принимаем, что диаметр (d) частиц, который должен осадиться в камере, 50 и более мкм.

2.2. Методика расчета циклона и выбора циклона

Циклоны относятся к сухим пылеуловителям – это аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители.

Циклоны получили наибольшее распространение для очистки газов в промышленности. Это обусловлено относительной простотой их конструкций, малым гидравлическим сопротивлением, малыми габаритными размерами и относительно высокой эффективностью. Выделение пыли в циклонах происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата.

Запыленный газ поступает в циклон по тангенциально расположенному патрубку, в результате чего он приобретает вращательное движение. Совершив 2-3 оборота в кольцевом зазоре между корпусом и центральной трубой, газ винтообразно опускается вниз, причем в конусной части аппарата вследствие уменьшения диаметра скорость вращения потока увеличивается. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона, благодаря чему основная масса пылевых частиц сосредоточивается в потоке газа, движущегося в непосредственной близости от стенок аппарата. Этот поток направляется в нижнюю часть конуса, частицы пыли при этом попадают в пылесборник, а газ, совершив крутой поворот, по центральной трубе выводится из аппарата. Таким образом, в циклоне протекают сложные аэродинамические процессы, от совершенства которых зависит эффективность работы этих аппаратов.

В различных отраслях промышленности в зависимости от условий производства и требований очистки применяют циклоны различных типов. Циклоны конструкции НИИОгаза получили наибольшее распространение в промышленности. Отличительной особенностью циклонов конструкции НИИОгаза типа ЦН11, ЦН-15, ЦН15у, ЦН-24 является наличие удлиненной цилиндрической части циклона и наклон входного патрубка к цилиндрической части циклона. Циклоны типа ЦН15 и ЦН24 обладают большей пропускной способностью и имеют общепромышленное назначение, находят широкое применение для очистки газов в различных отраслях промышленности благодаря оптимальному соотношению между эффективностью улавливания пыли и гидравлическим сопротивлением. Выбор остановлен на цилиндрическом циклоне ЦН15.

2.4. Расчет скруббера вентури

Скруббер Вентури – турбулентный пылеуловитель – это агрегат, составленный из последовательно соединенных: турбулентного промывателя (трубы Вентури) и инерционного пыле- и брызгоуловителя или мокрого прямоточного циклона.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури) - представляют собой трубу Вентури, движущийся в ней с высокой скоростью газовый поток дробит орошающую его жидкость на капли, на которых осаждается пыль и, образуется шлам, удаляемый из аппарата.

Принцип работы скруббера следующий. Очищаемый газ поступает в приемный цилиндр и направляется в трубу Вентури. На входе трубы расположена форсунка. В форсунку центробежным насосом под давлением 300500 кПа подается вода, которая распыляется и захватывает частички пыли, очищая тем самым газ, после чего сливается в отстойник. В отстойнике частицы пыли осаждаются на дно и периодически удаляются.

Вода к центробежному насосу поступает через водяной затвор отстойника. Очищенный газ через циклонкаплеуловитель направляется дальше по технологическому циклу. Запыленный газ вводится в конфузор трубы Вентури, в котором скорость газового потока увеличивается по мере уменьшения поперечного сечения и достигает 150 м/с. На некотором расстоянии от горловины в конфузор через сопло подается вода под давлением 80 … 1000 кПа, которая в турбулентном потоке газа распыляется на мельчайшие капельки и интенсивно перемешивается с частицами пыли, смачивая и укрупняя их. В диффузоре скорость потока падает, при этом происходит дальнейшая коагуляция пыли и ее выделение в ударно – инерционном пылеуловителе или в мокром прямоточном циклоне.

Производительность скрубберов Вентури колеблется в широких пределах и достигает 250000 м3/ч.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения. Силы инерции действуют на частицы пыли и капли воды при их сближении. Эти силы зависят от массы капель и частиц, а так же от скорости их движения. Кроме этого на процесс осаждения влияют турбулентная диффузия, взаимодействие электрически заряженных частиц, процессы конденсации, испарения и др. Важным фактором, влияющим на эффективность мокрых пылеуловителей, является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).

Скруббер Вентури относится к мокрым пылеуловителям. Они имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли (0,31,0 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако они обладают и рядом недостатков, что ограничивает область их применения: образование в процессе очистки шламов, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотводах при охлаждении газов до точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Расчет скуббера определяется геометрическими параметрами трубы Вентури. Схема скуббера Вентури представлена на рис. 2.3.1.

2.5. Расчет охладителя газа

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена;

2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами (насадкой), заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.

Кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб, а другая – в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

Кроме того, при указанных направлениях движения сред достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата. В противном случае, например, при подаче более холодной (нагреваемой) среды сверху теплообменника, более нагретая часть жидкости как более легкая, может скапливаться в верхней части аппарата, образуя «застойные зоны».

Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой, причем особенно прочное соединение достигается при устройстве в трубных решетках отверстий с кольцевыми канавками, которые заполняются металлом трубы в процессе ее развальцовки.

Кроме того, используют закрепление труб сваркой, если материал трубы не поддается вытяжке и допустимо жесткое соединение труб с трубной решеткой, а также пайкой, применяемой для соединения главным образом медных и латунных труб. Изредка используют соединение труб с решеткой посредством сальников, допускающих свободное продольное перемещение труб и возможность их быстрой замены. Такое соединение позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб, но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.

2.6. Расчет насадочного абсорбера

Абсорбционные методы санитарной очистки газов основаны на способности жидкостей растворять газы. В процессе абсорбции участвуют две фазы – жидкая и газовая. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, а при десорбции, наоборот, - из жидкой в газовую фазу. Таким образом, абсорбция – это процесс выделения газа из жидкости. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или абсортивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газомносителем, или инертным газом. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем, поглотителем или, абсорбентом. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберами.

Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию).

При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается химической реакцией.

При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонные аппараты, заполняемые насадкой. Контакт газа с жидкостью в таких аппаратах происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость.

Насадочный абсорбер выполнен в виде цилиндра, в нижней части которого установлена опорная решетка. На решетку в навал или правильными рядами укладывают насадку. Орошающая жидкость подается на насадку сверху с помощью специальных оросительных устройств. В нижней части аппарата имеются штуцера для подачи газа, отвода жидкости. Штуцера для подачи жидкости и отвода газа расположены в верхней части аппарата. Жидкость, подаваемая сверху, имеет тенденцию растекаться к периферии. При этом насадка в центре аппарата остается не смоченной, образуя так называемый сухой конус. Для равномерного стекания жидкости по насадке ее укладывают правильными рядами по всей высоте аппарата, уменьшая размер насадки снизу вверх. Для этой же цели насадку разбивают на секции, между которыми устанавливают перераспределительные устройства для жидкости.

От правильного выбора типа насадки и ее укладки зависят гидравлический режим и эффективность работы абсорбера. Наибольшее применение получила цилиндрическая кольцевая насадка – кольцо Рашига, представляющая собой тонкостенные тела, наружный диаметр которых обычно равен высоте. Насадку чаще всего изготовляют из керамики или фарфора, реже – из металлов, углеграфитовых и пластических масс.

Орошение насадок оказывает решающее влияние на эффективность работы насадочных абсорберов. Существует большое количество устройств для орошения насадок.

Орошение насадок может производиться с помощью компактных и раздробленных струй. Компактные струи обеспечивают не разбрызгивающие оросители. Их применяют при небольших расходах жидкости и когда недопустим большой брызгоунос.

Трубчатые распределители жидкости наиболее просты по конструкции. Их, как правило, применяют в колоннах малого диаметра. В данном случае выбираем трубчатый распределитель с двукольцевым коллектором.

Распределительные плиты обеспечивают равномерное распределение жидкости по торцу насадки. В данном случае используем гладкую перфорированную распределительную плиту.

Выводы

В ходе курсового проектирования при расчете пылегазоочистной установки обеспечили необходимые предельно-допустимые концентрации по выбросу пыли и газа в селитебной зоне.

Эффективность каждой ступени очистки:

1. Осадительная камера: η1 = 0,95

2. Циклон: η2 = 0,92

3. Скруббер Вентури: η3 = 0,99

4. Абсорбер : η4 = 0,95

Список используемой литературы

Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 5-е изд., стереотипное. М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2010 – 496 с.

Сингеев С.А. Методические указания. – Сызрань: СФ СамГТУ, 2010.

Сингеев С.А. Курс лекций по дисциплине “Технике защиты окружающей среды”, СФ СамГТУ

Кузнецов И.Е. и др. Оборудование для санитарной очистки газов: Справочник. – К. : Техника, 1989. – 304 с.

http://www.vmasshtabe.ru/promzona/mapp/rabochiechertezhitsiklonatsn15l2600u.html

http://izhmsk.izhnet.ru/ciklon.htm

скруббер вентури чертеж.frw