Проектирование технологических линий защиты окружающей среды

Сопротивление сети, приведенное к характеристике газодувки: (1,8 кПа).По таблице 3.4 находим, что с параметрами соответствующий дымосос ДП-8[21, 22]. Таблица 3.

4. — Основные типы дымососов [21]Типоразмер дымососов ДНоминальные параметры.

ТемпТmax, °С Масса, кг.

Производит, тыс. м3/чДавл, Па (кгс/м2)об/мин.

Мощность, кВтЧастота вращения.

Напряжение, Вс эл. двиг.

Д-3,54,3360 (37)15004003150038095.

Перемещение газов происходит за счет разности давлений, создаваемой рабочим колесом на валу, Под действием центробежных сил пыль отбрасывается к периферии и вместе с небольшим количеством газа (8−10%) отводится для окончательного отделения через пылеотводной патрубок в выносной малогабаритный циклон, соединенный с «улиткой» газоходом.

Коэффициент сжимаемости [23, c.87]: .Мощность, потребляемая газодувкой:

где — КПД электродвигателя, равный 0,75. — потери давления в циклоне, кПа. Мощность, потребляемая газодувкой в расчетном режиме:

Расчетная мощность на валу машины с запасом 5%:3 кВтКПД газодувки 0,75 взят по индивидуальной характеристике газодувки. В схеме с газодувкой связан скруббер циклон ЦН-15 группового исполнения с камерой очищенного газа в виде улитки [24]. Возможен выбор аппарата, указанного в таблице 3.

5.Таблица 3.

5. Выбор циклона в соответствии с заданной мощностью и пропускной способностью 4084,9 м3/частипоразмерпроизводительность, м3/часпри скорости воздушного потока в корпусе циклона;D, ммH, ммaxb, ммA x B, мм2,5 м/сек4 м/сек.

ЦН-15−500×2УП3 5005 6 005 004 066 340×2 941 100×700Рис.

3.6. Габаритный чертеж циклона [24]Определим максимально возможное поглощение взвешенных частиц. Для циклонов типа ЦН степень очистки газов от взвешенных частиц достигает для частиц с условным диаметром 20 микрон99,5%, для частиц с условным диаметром 10 микрон 95%, а для частиц с условным диаметром 5 микрон 83% [25, с. 18 — 20]. Примем, что разделяемая газовоздушная смесь на 20% состоит из пыли в 20 частиц с условным диаметром 20 микрон, 60% - из частиц с условным диаметром 10 микрон и на 20% - из частиц с условным диаметром 5 микрон.

где х2 — степень очистки газовой смеси от взвешенных частиц, 85%. — массовое содержание в пыли частиц радиусом d > 5 мкм, 80% [24]. мг/м3 > ПДК = 0, 5 мг/м3мг/м3 < ПДК = 0,25 мг/м3Следовательно, к установке примем 1 сдвоенный циклон. Для частиц с диаметром менее пяти микрон:

мг/м3 > ПДК = 0,5 мг/м3мг/м3 > ПДК = 0,5 мг/м33.

4.2 Расчет адсорбера.

Выбираем для адсорбции активный уголь марки АГ-3 с насыпной плотностью рн = 500 кг/м. Равновесные данные по адсорбции бензола из воздуха на угле АГ-3 приведены в таблице приложения. Поскольку адсорбент состоит из частиц разного размера, определяем средний диаметр зерна по соотношению[22, 23]. ммм.

Тогда:

м1. Расчет диаметра аппарата. Скорость газового потока должна быть меньше скорости начала псевдоожижения, которая для слоя сферических частиц может быть найдена из соотношения:

где = wncdρy/μy — критическое значение модифицированного критерия Рейнольдса; wnc — скорость начала псевдоожижения, м/с; d — диаметр шара того же объема, что и частица, м; Ar — критерий Архимеда. Свойства паровоздушной смеси приняты по воздуху при t = 20 °С: ρг = 1,21 кг/м3, μг = 0,1 810−3Па.с. Плотность частиц ρт = 1,6 ρн = 1,6.500 = 800 кг/м3.Находим значение критерия Архимеда:

м/сНаходим критическое значение модифицированного критерия Рейнольдса:

Зная значение Re0nс, находим wnc: м/сПримем скорость газового потока w равной 0,35 м/с и рассчитываем диаметр аппарата при заданной производительности [22, c.176]: мПринимаем диаметр аппарата Da = 2,0 м и затем уточняем линейную скорость парогазовой смеси [22, c.176]: м/сКритическая скорость псевдоожижения выше выбранной, что обеспечивает нормальные условия движения адсорбента через аппарат. В случае, если критическая скорость будет ниже выбранной, необходимо увеличить диаметр адсорбера.

2. Расчет скорости движения адсорбента. Определяем скорость перемещения адсорбента в колонне. Она должна быть равна скорости движения зоны массопередачи и: где w — скорость потока, отнесенная ко всему сечению адсорбера, м/с; хк — концентрация выделяемого компонента в твердой фазе, равновесная с, кг/м3; — доля свободного объема слоя. Для движущихся зернистых слоев = 0,33. .0,49. Принимаем = 0,4.Для нахождения равновесной концентрации выделяемого компонента в твердой фазе хк строим изотерму адсорбции ацетона по данным, приведенным в таблице приложения [22, c.176]. По ун = 0,030 кг/м3 находим xк =162 кг/м3. Тогда скорость движения адсорбента, при которой степень использования его равновесной емкости составляет 0,95, равна:

м/с3. Расчет длины слоя адсорбента. Требуемую длину движущегося слоя адсорбента Нт определяют через число единиц переноса по уравнению массопередачи:

где S — площадь поперечного сечения слоя, м2; Kyv — объемный коэффициент массопередачи, с-1;hэ — высота, эквивалентная единице переноса, м; nоу — число единиц переноса. Объемный коэффициент массопередачи определяем из соотношения:

где — объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе, с-1; — объемный коэффициент массоотдачи в твердой фазе, с-1; m — коэффициент распределения. Поскольку коэффициент распределения: m = уy/хк* m = 0,030/162 = 0,185очень мал, то величиной тфху можно пренебречь, тогда. Для расчета объемного коэффициента массоотдачи газовой фазы необходимо определить число Рейнольдса для зернистого слоя:

где w — скорость газовой фазы, м/с; а — удельная поверхность зернистого слоя, м2/м3.Удельную поверхность для зернистого слоя адсорбента находим из соотношения:

Фактор формы Ф для промышленных гранулированных активных углей и силикагелей лежит в пределах Ф = 0,7. .0,9. Выберем среднее значение Ф = 0,8, найдем а: м2/м3Тогда число Рейнольдса равно:

При Re > 30 для расчета используют соотношение: Nu' = 0,395 Re0,64(Рr')0,33где Nu' = Находим значение Рr' из выражения:

Коэффициент диффузии ацетона в воздухе (DT = 7,2.10−6 м2/с) взят из справочных таблиц. Расчитываем значение Nu':Nu' = 0,395.

440,64. 2,070,33 = 5,66Значение эквивалентного диаметра для зернистого слоя находим по соотношению: мОпределяем: с-1Принимаем = = 76,5 с-1.Число единиц переноса для системы воздух-килол вследствие недостатка данных об объемно-массовом распределении в смеси, находим из эмпирических значений, составляющих 3,5 — 4,5 — примем равным 4. Определяем требуемую длину движущегося слоя адсорбента: мПри таком соотношении диаметра аппарата и высоты движущегося слоя возможен проскок адсорбтива вследствие колебаний скорости потока, особенно скорости движения слоя, обеспечиваемой разгрузочными и загрузочными устройствами. Исходя из этого, принимаем = 0,3 м. Загрузочные и разгрузочные устройства адсорберов с движущимся слоем поглотителя весьма громоздки и сложны, однако от них зависит скорость и равномерность движения слоя адсорбента. Приняв высоту установки загрузочного устройства 1,0 м, а для разгрузочного — 1,2 м, получим высоту адсорбера: = 0,3 + 1,0 + 1,2 = 2,5 м. Расход адсорбента определим из уравненияG = ρ.u.SG = кг/с = 308,6 кг/час.

Определим соответствует ли расчетное значение расхода адсорбента требуемому согласно заданию. Массу паров органических соединений (О), переходящих в процессе адсорбции из газовой смеси (Г) в поглотитель (М) за единицу времени, находят из уравнения материального баланса, где L, G — расходы чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;

— конечная и начальная концентрация органических соединений в угольном адсорбенте, кг О/кг М;

— начальная и конечная концентрация органических соединений в газе. Принимаем плотность парогазовой смеси равной плотности воздуха при нормальных условиях, ρ0у = 1,22 кг/м3.Степень очистки примем до значений ПДК. Массовые концентрации веществ составили: кг/кгкг/кг.

Адсорбция осуществляется угольным адсорбентом АГ-3, характеристики которого приведены в таблице 3.

4.Таблица 3.

3. — Характеристика угольного адсорбента АГ-3 [22, с.142]Маркаугля.

Насыпная плотность ρн, кг/м3Фракционный состав.

Области применения.

Прочностьфрак-ция, мм%АГ-3400−5003,6 3,6−2,82,8−1,51,5−1,00,4 3,0 86,0 10,0Адсорбция из газообразных и жидких сред 75Емкость модифицированного согласно патенту [19] адсорбента составляет 0,8 кг/кг. Расход адсорбента в 1,5 раза больше теоретически минимального. Содержание органических веществ в адсорбенте, поступающем в адсорбер после регенерации составляет 0,2%, а содержание ацетона в адсорбенте до регенерации примем равным 3% [6, 22]. Расход адсорбента L принят в 1,5 раза больше минимального Lmin: хРасход инертной части газа (н.у.) составил: G=кг/сПроизводительность адсорбера по поглощаемому компоненту:

М=М= кг/сРасход поглотителя: L=М/(1,5. х. ())L = /(1,5. 0,8. (0,03−0,002)) = 0,073 кг/сСоотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя: l=L/Gl = 0,073 /0,82= 0,089 кг/кг.

Таким образом, поглотителя требуется: < 308,6 кг/час, что удовлетворяет требованиям.

Специфическим требованием для вспомогательного оборудования является его взрывобезопасное исполнение. Вентиляторы, например, должны иметь герметичный корпус во избежание утечек растворителя, исключения возможности попадания в него твердых частиц, способных вызвать искрение. Корпус вентилятора из этих соображений часто футеруют цветными металлами (медь, латунь). Иногда вентиляторы и электродвигатели к ним устанавливают в смежных помещениях, пропуская вал вентилятора в сальнике через стену [22, c.187]. Из тех же соображений взрывобезопасности в схеме адсорбционных установок предусматриваются огнепреградители и предохранители-компенсаторы. Огнепреградители предназначены для предотвращения распространения пламени в случае возгорания паровоздушной смеси.

Принцип их действия заключается в поглощении выделяющегося при горении тепла, различными насадками (металлические сетки, фарфоровые шарики, гравий, другие теплоемкие элементы). Чаще всего используются гравийныеогнепреградители. Размер частиц гравия 3,5×3,5 мм, толщина слоя 70…80 мм. Предохранители-компенсаторы служат для предотвращения разрушений адсорбционной установки при возникновении взрыва. Они представляют собой участки трубопровода, снабженные мембранами из тонколистовой меди, латуни, алюминия. Толщина мембраны 0,1…0,2 мм. Внутренний диаметр штуцеров для подвода и отвода исходных веществ и продуктов рассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется до ближайшего стандартного значения по уравнению[8, 10]: Также справедлива формула:

Тогда диаметры входных и выходных патрубков:

Входной патрубок:

мВыходной патрубок: мЗАКЛЮЧЕНИЕТаким образом, в данной работе были описаны физико-химические свойства основного загрязняющего вещества — ацетона, была разработана технология выделения паров органических растворителей из отходящих газов цеха нанесения лакокрасочных покрытий на изделия из металла, приведен эскиз технологической схемы, подробно описан порядок работы всех ее элементов, подобрано необходимое оборудование. В работе произведен расчет материального баланса поглощения смеси загрязняющих веществ, расчет технологической схемы и подбор аппаратов для газоочистки. Проведены необходимые гидравлические расчеты. Мощность установки по поступающему газу составляет 2500 м3/ч.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ануров С.А., Анурова Т. В., Клушин В. Н. Адсорбционная технология рекуперации паров углеводородов, выделяющихся при эксплуатации наливного парка // Исследовано у нас, 2011, Т.

14. — С.32 — 41. Анурова Т. В., Клушин В. Н., Мухин В. М., Мышкин В. Е., Ануров С. А., Суаре М. А. Адсорбция паров углеводородов активными углями из растительного сырья. // Прикл. хим., 2004, Т.

77, Вып. 5. — С. 743−748.Бережной С. А., Мартемьянов В. А., Седов Ю. И. и др. Сборник типовых расчетов и заданий по экологии.

— Тверь: ТГТУ, 1999. — 88 с. Борисов А. Ф. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии [Текст]: учебное пособие для вузов. — Н.

Новгород: Вента — 2, 2000. — 130 с. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. Монография/ 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Химия, 1984.

— 592 с. Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей [Электронный ресурс] - Режим доступа:

http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.phpПромышленная вентиляция [Электронный ресурс] - Режим доступа:

http://www.klenmarket.ru/service/promvent/- Загл. с экрана. Семенова И. В. Промышленная экология. Учебник для студ. высш. учеб.

заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 528 с. Серпионова Е. Н. Промышленная адсорбция газов и паров. — М.: Высшая школа, 1969. —.

416 с. Справочник по пожарной безопасности и противопожарной защите на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. — М.: Химия, 1975. — 455 с. Химия нефти и газа / под ред. В.

А. Проскурякова и А. Е. Драбкина. — Л.: Химия, 1981. — 416 с.