Методика расчета скрубберов Вентури

Скрубберы Вентури нашли наибольшее применение среди аппаратов мокрой очистки газов с осаждением частиц пыли на поверхность капель жидкости. Они обеспечивают эффективность очистки 0,96...О,98 на пылях со средним размером частиц 1...2 мкм при начальной концентрации пыли до 100 г/м³. Удельный рас­ход воды на орошение при этом составляет 0,4...О,6 л/м³.

Для расчетов эффективности очистки от пыли производствен­ных выбросов скруббером Вентури необходимы следующие исходные данные: плотность газа в горловине rг, кг/м³; скорость газа в горловине Wг , м/с; массовый расход газа Мг, кг/с; массовый расход орошающей жидкости Мж, кг/с; удельный расход жидкости m, л/м³; давление жидкости Рж,кПа; плотность жидкости rж,кг/м³ Расчет ведется в следующем порядке:

1. Определяют гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури, Н/м², по формуле

(4.9)

где xс - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы; Wг - скорость газа в горловине, м/с; rг- плотность газа в горловине, кг/м³.

2. Рассчитывают гидравлическое сопротивление, обусловлен­ное введением орошающей жидкости, Н/м², по формуле

. (4.10)

где xж - коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости; rж - плотность жидкости, кг/м³;

m - удельный расход жидкости на орошение, л/м³.

При этом величина xж определяется из соотношения

(4.11)

где Мж и Мг - массовые расходы жидкости и газа, кг/с.

3. Находят гидравлическое сопротивление трубы Вентури,

-48 -

Н/м², по формуле

(4.12)

4. Находят сдммарную энергию сопротивления Кт, Пп, по формуле

(4.13)

где Рж - давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель, Па; - соответственно, объемные расходы жидкости и газа, .

5. Определяит эффективность скруббера Вентури по формуле

, (4.14)

где Кт - суммарная энергия сопротивления, Па; В и n - кон­станты, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли (см. табл. 4.6).

Таблица 4.6. Значения В и n

N	Загрязнитель	В	n
	Конверторная пыль	9.88*	0.4663
	Ваграночная пыль	1.355 •	0.6210
	Мартеновская пыль	1.915*	0.5688
	Сажа		1.36
	Туман фосфорной кислоты	1.34 *	0.6312

Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходи­мое количество сорбента, продолжительности процесса поглоще­ния, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затра­ты. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощае­мого вещества; количество очищаемого газа С , кг/с; концентра­ция поглощаемого вещества на входе в адсорбер с0, кг/м³. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества на поглотителе.

Расчет адсорбера включает две стадии: а) приближенный конструктивный расчет для определения необходимой массы и гео­метрии аппарата; б) проверочный расчет для определения времени

- 49 -

защитного действия адсорбера и, в случае необходимости, прове­дения корректировки размеров аппарата.

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке:

1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для уве­личения его емкости рабочая температура выбирается минимально возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активи­рованном угле при 20°С представлена на рис. 4.1. По изотерме адсорбции и заданной величине С0. г/м³, находят статическую емкость сорбента а0, г/кг.

2. Определяют весовое количество количество очищаемого газа, С, кг/с, из выражения

(4.15)

где Lм - производительность местного отсоса от паровоздушной смеси, rг - плотность паровоздушной смеси

3. Переводят весовую статическую емкость сорбента а0, в объемную а’0,по формуле

(4.16)

где rн - насыпная плотность выбираемого сорбента.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

(4.17)

где К = 1,1...1,2 - коэффициент запаса; t - продолжитель­ность процесса сорбции, с; С - весовое количество очищаемого газа, кг/с; Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м³; а'о - статическая емкость адсорбера, кг/м³.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W , м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...О,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа, м, подсчитывавт по формулам:

(4.18)

- 50 -

(4.19)

7. Находят пористость сорбента по формуле

(4.20)

где rк и rн - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м,

по формуле

(4.21)

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения l находят в зависимости от характера движения по выражению:

при Re < 50 l = 220 / Re ; (4.22)

при Re ³ 50 l = 11.6 / (4.23)

где - критерий Рейнольдса; n - кинематическая вязкость газа, м*м/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа Dр, Па, по формуле

(4.24)

где Ф = 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных дсловиях Т и Р по формуле

(4.25)

где До = при То = 273°К и атмосферном давлении Ро = Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

(4.26)

13. Для заданного режима течения газа (определяется зна­чением Re) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:

при Re < 30 (4.27)

при Re ³ 30 (4.28)

- 51 -

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 4.1) находят величину - количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре, и величина концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую величине .

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f, м²/ по формуле

(4.29)

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на вы­ходе из аппарата, г/м³, по формуле

(4.30)

где h - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбе­ра, с, по формуле

(4.31)

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину Dt , то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину DLa, м, определяемую по формуле

(4.32)

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м². Констрдктивно аппараты адсорбции выполняются в виде вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.

Задания на расчет

Задание N4.2.1. Подобрать циклон, обеспечивающий степень эффективности очистки газа от пыли не менее h =0.87, по данным табл. 4.7. При этом приняты следующие обозначения и некоторые значение: Q, ,- количество очищаемого газа; r = -0.89 кг/ ,- плотность газа при рабочих условиях; m = Н*с/м² - вязкость газа; rп, кг/м³- плотность частиц пыли, диаметр dп, мкм и дисперсность ; Свх, г/м³- входная кон­центрация пыли.

Задание N4.2 2. Рассчитать эффективность применения скруббера Вентури для очистки от пыли производственных выбро-

-52 -

Таблица 4.7. Исходные данные к заданию N4.2.1

Вариант	Q	rп	dп	lgsп	Свх
	1.2			0.5
	1.5			0.6
	1.8			0.5
	1.0			0.5
	1.4			0.4
	1.3			0.7
7	1.1		-40	0.5
	1.6			0.4
	1.7			0.3
	1.5			0.5
	1.2			0.6
	1.1			0.4
	1.6			0.6
	1.8			0.6
	1.5	I860		0.7
	1.4			0.6
	1.3			0.7
	1.2			0.5
	1.1			0.6
	1.5			0.5
	1.3			0.4
	1.2			0.5
	1.5			0.5
	1.4			0.4
	1.3			0.5

-53 -

Таблица 4.8. Исходные данные к заданию N4.2.2

Вари­ант	Загрязнитель по табл. 4.6	m	Wг,	Mr	Мж
		0.4		0.8	0.800
		0.5		0.9	0.851
		0.6		1.0	0.889
		0.7		1.1	0.895
		0.8		1.2	0.992
		0.9		1.3	1.000
		1.0		1.4	1.102
		1.1		1.5	1.125
		1.2		1.4	1.111
		1.3		1.3	1.102
		1.4		1.2	1.000
		1.5		1.1	0.998
		1.6		1.0	0.895
		1.7		0.9	0.889
		1.6		0.8	0.850
		1.5		0.9	0.865
		1.4		1.0	0.889
		1.3		1.1	0.895
		1.2		1.2	1.000
		1.1		1.3	1.102
		1.0		1.4	1.115
		0.9		1.5	1.125
		0.8		1.4	1.102
		0.7		1.3	1.00
		0.6		1.0	0.885

- 54 -

сов по данным табл. 4.8. При этом приняты следующие обозначе­ния и некоторые значения: плотность газа в горловине rг = 0,9 кг/ ; скорость газа в горловине Wг, м/с; массовый расход газа Мг, кг/с; массовый расход орошающей жидкости Мж, кг/с; удельный расход жидкости m, л/м³; давление Рж = 300 кПа; плотность жидкости rж=1000кг/м⁵; коэффициент гидравлического сопро­тивления сухой трубы zc⁼ 0.15; требуемая эффективность очист­ки от пыли не менее 0,9.

Задание N4.2.3. Определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров этилового спирта, удаляемых местным отсосом от установки обезжиривания при условии непрерывной работы в течение 8 ч. Расчет выполнить по данным табл.4.9. При этом приняты следующие обозначения и исходные значения: производительность местного отсоса Lм, ч; начальная концентрация спирта Со, г/м³: температура в адсорбере tр = 20°С и давление Р = Н/м²; плотность паровоздушной смеси rг = 1,2 кг/м³ и ее вязкость n = O.l5x , м²/c; диаметр гранул поглотителя (активированный уголь) d = 3 мм; длина гранулы (l = 5 мм; насыпная плотность rп= 0,500 кг/ кажущаяся плотность rк= 800 кг/м³.

Таблица 4.9. Исходные данные к заданию N4.2.3

Номер варианта
Lм,м*м*м/ч
Со.г/м3
Номер варианта
Lм, м*м*м/ч
Со, г/м*м*м
Номер варианта
Lм, м*м*м/ч
Со.г/м3