Определение высоты полого форсуночного скруббера

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ПОЛОГО ФОРСУНОЧНОГО СКРУББЕРА

Цель работы - определение высоты скруббера, при которой происходит полная очистка запыленного газа (степень очистки > 0.90); изучение зависимостей высоты скруббера от диаметра пылевых частиц и капель распыляемой воды.

Общие сведения

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли считается достаточно простым и в то же время весьма эффективным способом обеспыливания.

Скрубберы - мокрые пылеуловители с корпусом в виде вертикальной колонны, полые или с насадкой. Через скруббер проходит запыленный поток, и в аппарат вводится жидкость. В мокрых скрубберах реализуется тесный, бурный контакт газа и жидкости, сопровождающийся генерацией жидких капель. Захват капель газом может привести к уносу жидкости из скруббера в перегреватель, канал, вентилятор, дымовую трубу, а затем в атмосферу. Если не принять мер к отделению захваченной потоком жидкости то это может вызвать коррозию, эрозию, забивание повреждение вентиляторов и выбросы загрязнителя.

Загрязнитель, накапливающийся в жидкости, используемой для орошения скрубберов, следует удалять из системы. В мокрых скрубберах, предназначенных для пылезолоулавливания, в качестве орошающей жидкости чаще всего применяют воду. Ее расход для разных типов аппаратов может изменяться от 0,1 до 10 м³ на 1000 м³ обрабатываемых газов. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) определяется условиями процесса абсорбции.

Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ перед аппаратами других типов:

- отличаются сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

- могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

- могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры и электрофильтры, но и использоваться в тех случаях, когда эти аппараты обычно не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгорания и взрывов очищенных газов, в качестве теплообменников смешения.

Перечисленные преимущества аппаратов мокрого пылеулавливания позволяют широко их применять в системах пылеочистки сушильных установок, особенно во вторых ступенях очистки.

Однако метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостатков:

- улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожаниемпроцесса очистки;

- при охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаждаться в газопроводах, системах вентиляции, дымососах. Кроме того, брызгоунос приводит к безвозвратным потерям орошающей жидкости;

- в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.

Рисунок 1.1. – Схема полого форсуночного скруббера

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают скорость газов v в скруббере в м/с, перепад давления в Па; величину удельного орошения m вм³ на 1 м³ газа.

2.2. Определяют среднюю площадь скруббера в сечении, перпендикулярном направлению потока газов: f = V_г/ v , м², где V_г - расход очищаемых газов, м³/с, подсчитанный по температуре и давлению на выходе из аппарата.

Температуру газов на выходе из скруббера, имевших начальную температуру (150...200)°С и выше, при отсутствии специальных требований можно принимать на 100° ниже начальной, а температуру не нагретых газов - равной начальной.

2.3. Определяют расход жидкости на орошение: L = m·V_г, м³/с.

2.4. Определяют инерционные параметры ψ_i для фракций частиц заданного состава:ψ_i = d_i ² · ρ_ч · v · C_i / (18 · μ · l) , где: d_i - диаметр частиц i – той фракции, м; ρ_ч - истинная плотность частиц, кг/м³; C_i - поправка Кенингема (таблица 1.1); μ - динамическая вязкость газа, Па·с (19,3 · 10^-6 Па·с); l - определяющий размер (диаметр капли орошающей жидкости), м.

Таблица 1.1 – Поправка Кенингема

d·106, м	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10,0
С		24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03

2.5. Определяют коэффициент захвата частиц определенных фракций η_i:

2.6. Скорость осаждения капель w_к находят по диаграмме рис. 1.2.

Рисунок 2.1 - Скорость осаждения капель в полых газопромывателях

2.7. Степень очистки газа определяется по формуле:

,

где Н – высота скруббера (от 0.01 до 2,5D_{скруббера}), м; - диаметр капли

2.8. Построить 3 кривые зависимости степени очистки газа от высоты скруббера при разных диаметрах капель воды ( = 1, 2, 3 мм). В отчете надо представить три кривых на одном графике для одного размера пылевой частицы и три кривых – для другого размера, заданных преподавателем.

2.9. При определенной высоте выбираются 3 значения степени очистки (соответственно для каждой капли) и строится зависимость степени очистки от диаметра капли воды при разных значениях диаметра частиц пыли.

2.10. В выводах необходимо проанализировать, при какой высоте происходит полная очистка (ε > 0,9) запыленного газа, какая закономерность выявляется с увеличением диаметра капель воды и увеличением диаметра частиц пыли.

Общие сведения

Широко распространены тканевые фильтры. Рукавные тканевые фильтры применяются для очистки больших объемов воздуха (газов) со значительной концентрацией пыли. Фильтрующими элементами в этих аппаратах являются рукава из специальной фильтровальной ткани.

Рукавные фильтры обеспечивают тонкую очистку воздуха от пылевых частиц, имеющих размер менее 1 мкм. Наряду с циклонами рукавные фильтры являются одним из основных видов пылеулавливающего оборудования и широко применяются на предприятиях черной и цветной металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, пищевой промышленности, в энергетических установках и др.

В тканевых фильтрах применяются тканые или валяные материалы, выполняющие роль подложки для фильтрующей среды, которой является первичный слой уловленной пыли. Ткани для фильтров изготавливают из натуральных, или синтетических волокон диаметром 10...30 мкм, скручиваемых в нити диаметром около 0,5 мм. Размеры пор между нитями обычно составляют 100...200 мкм.

Рукавные тканевые фильтры представляют собой аппараты с корпусами прямоугольной или круглой формы. Внутри корпусов подвешены рукава диаметром от 100 до 300 мм, высотой от 0,5 до 10 м. Фильтрация воздуха или газа осуществляется пропусканием запыленной среды через ткань рукава. После того, как гидравлическое сопротивление рукавов, возрастая, достигает предельно допустимой величины, производят их регенерацию со сбрасыванием в бункер накопившегося слоя пыли.

Рукавные фильтры обеспечивают очистку воздуха и газов от пыли с эффективностью 99 % и выше.

Степень очистки газа в рукавном фильтре определяется дисперсностью пыли, качеством фильтровального материала и другими параметрами. По мере запыления аэродинамическое сопротивление ткани возрастает, а расход газа через фильтр сокращается. Ткань регенерируют путем продувки в обратном направлении, механического встряхивания и другими методами.

Требования к ткани:

1. Высокая пылеемкость.

2. Оптимально высокая воздухопроницаемость.

3. Высокая механическая прочность в разных средах и при разных температурах.

4. Низкая гигроскопичность.

4. Способность к легкому удалению накопленной пыли.

5. Низкая стоимость.

Рисунок 1.1 – Схема рукавного фильтра:
1 - входной патрубок; 2 - рукав; 3 - подвеска рукавов; 4 - встряхивающий механизм; 5 - выходной патрубок; 6 - бункер

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают пористость ткани ε_тк; гидравлическое сопротивление ткани h, кПа; скорость фильтрации w, м/с; c - концентрация пыли на входе в фильтр, кг/м³; K₁ - параметр сопротивления слоя пыли, м/кг; μ - динамическая вязкость газа, Па⋅с.

Таблица 2.1 – Свойства некоторых типов фильтровальных тканей

Материал	εтк	h, кПа	Способ регенерации	Скорость фильтрации, м/с
Стеклоткань	0,52		Обратная продувка	0,3…0,8
Лавсан	0,75		Обратная продувка со встряхиванием	0,5…0,9
Импульсная продувка	1,6…3,5
Нетканый материал	0,35		Импульсная продувка	1,6…3,5
Струйная продувка	3,0…6,0
Шерсть	0,88		Обратная продувка со встряхиванием	0,7…0,9
Нитрон	0,83		Струйная продувка	3,0…6,0
Полифен	0,66		Струйная продувка	3,0…6,0

2.2. Время фильтрации рассчитывается по формуле t=h/(m·c·w²·K₁).

2.3. Построить зависимость времени фильтрации от скорости фильтрации для трех материалов по заданию преподавателя. Диапазон скорости фильтрации указан в таблице 2.1.

2.4. Построить зависимость времени фильтрации от параметра сопротивления слоя пыли.

2.5. Расчет и построение графиков провести в программной среде MatLab (см. пункт 3 лабораторной работы № 1).

2.6. Провести анализ полученных результатов, а именно, влияние увеличения параметра сопротивления слоя пыли и увеличения скорости газового потока на время фильтрации в зависимости от материала фильтра, предложить оптимальный вариант воздуха от пыли.

Контрольные вопросы

1. Каков размер пылевых частиц, очистку воздуха от которых обеспечивает рукавный фильтр.

2. Какие требования предъявляют к фильтровальной ткани.

3. Что представляет собой рукавный фильтр.

4. От каких параметров зависит время фильтрации.

5. Как зависит время фильтрации от сопротивления слоя пыли.

Лабораторная работа № 3

Общие сведения

Циклоны - это пылеуловители инерционного типа, т.е. такие, в которых пыль из воздушного потока выделяется действием центробежных сил, возникающих вследствие поворота направления движения потока воздуха.

Циклонный пылеулавливатель предназначен для механической очистки от твердых частиц выбросов силикатных, металлургических и других производств. Выделение пыли из газа происходит на стенках корпуса циклона, куда отбрасываются частицы под действием центробежных сил, возникающих в результате вращательного движения газового потока. Выделяющаяся пыль вдоль стенок циклона опускается в бункер и удаляется из аппарата через пылевой затвор. Центробежное ускорение в 100–1000 раз больше ускорения силы тяжести. Поэтому даже маленькие частицы отбрасываются из газового потока на стенки циклона. Достоинство – отсутствие подвижных частей. В циклонах эффективно можно улавливать частицы размером больше 5 мкм, но наиболее полно улавливается пыль, имеющая размеры частиц 15–20 мкм и выше. Известно, однако, что наибольшую экологическую опасность представляют частицы размером меньше 1 мкм.

Эффективность улавливания обозначается η. Она находится в зависимости от скорости газа и обратно пропорциональна диаметру циклона. Оптимальное отношение высоты к диаметру 2 ÷3.

Рисунок 1.1. – Схема циклона

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают D:=1…N – диаметр циклона, м, где N – номер варианта;

ω=N – скорость движения газа, м/с;

d=N – средний размер частиц пыли, улавливаемых на 50 %, мкм;

k=41.4 – коэффициент, учитывающий тип циклона;

μ= 22.2 · 10^–6 – вязкость газа, Па.c;

ρ=2150 – плотность пылевых частиц, кг/м³.

2.2. Минимальный размер частиц пыли рассчитывают по формуле

2.3. Построить график зависимость минимального размера частиц пыли, улавливаемых циклоном, от диаметра циклона при четырех различных скоростях движения газа.

2.4. Построить график зависимость минимального размера частиц пыли, улавливаемых циклоном, от скорости движения газа при четырех различных диаметрах циклона.

2.5. Расчет и построение графиков провести в программной среде MatLab (см. пункт 3 лабораторной работы № 1).

2.6. В выводах необходимо отметить значение минимального полученного размера частиц пыли, улавливаемых циклоном на 50 % и оценить влияние диаметра циклона и скорости потока на размер пылевых частиц,

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой циклон.

2. От чего зависит эффективность очистки воздуха в циклоне.

3. Достоинства и недостатки циклонов.

4. От каких параметров зависит минимальный размер пыли, улавливаемый циклоном.

5. Как влияет диаметр циклона и скорость потока на размер пылевых частиц.

Лабораторная работа № 4

Общие сведения

Для улавливания из сточных вод средне и мелко дисперсных примесей применяют отстойники периодического (контактные) и непрерывного (проточные) действия. Чаще используются последние. По направлению движения в сооружении подразделяются:

1. горизонтальные;

2. вертикальные;

3. радиальные.

В зависимости от назначения в технологической схеме очистных сооружений отстойники подразделяются на первичные и вторичные. Первичные отстойники служат для предварительного осветления сточных вод, а вторичные для осветления воды, прошедшей биохимическую и физико-химическую очистку. Выбор типа и числа отстойника при проектировании осуществляется на основе технико-экономических обоснований и сравнение их с учётом местных условий. Вертикальные целесообразно применять для производительности очистных сооружений до 20000 м³/сутки; горизонтальные меньше или равно 15000 м³/сутки; радиальные больше или равно 20000 м³/сутки.

Отстойник периодического действия представляет собой вертикальный сосуд круглого или прямоугольного сечения с конусным дном. Загруженная суспензия по истечении определенного отрезка времени разделяется на осветленную жидкость (верхний слой) и осадок с высокой концентрацией твердой фазы (нижний слой). После удаления осветленной жидкости (при помощи насоса или сифона) через нижний штуцер выгружают осадок, чему способствует конусное дно, и аппарат загружается снова.

Отстойник полунепрерывного действия для суспензий представляет собою длинный желоб прямоугольного сечения с торцевыми стенками разной высоты, причем передняя (справа) несколько ниже и служит порогом водослива. Суспензия поступает непрерывно до тех пор, пока не накопится определенный слой осадка, после чего ее подача прекращается для выгрузки осадка. В случае полидисперсного осадка по мере движения суспензии оседают все более мелкие частицы, так что наряду с осаждением твердых частиц происходит их частичная классификация.

Широко распространен отстойник непрерывного действия с гребками. Он состоит из цилиндрического сосуда с конусным дном, по оси которого расположен медленно вращающийся вал, несущий на нижнем конце лопасти с насаженными на них лопатками (гребками). Суспензия непрерывно поступает в центральную часть аппарата, сгущенный осадок с помощью гребков отводится через нижний штуцер, а осветленная жидкость удаляется сверху через кольцевой желоб. Для большей компактности рассматриваемый аппарат (его диаметр достигает 120 м) часто изготовляется многоярусным.

Рисунок 1.1 - Горизонтальный отстойник

а) разрез; б) план;

1- подводящий лоток; 2 -распределительный лоток; 3- полупогружные доски; 4- сборный лоток; 5- отводной лоток; 6 - лоток для сбора и удаления плавающих веществ; 7 - трубопровод для удаления осадка.

Рисунок 1.2 – Отстойник непрерывного действия

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают следующие данные: диаметр частиц d и плотность частицы r, G_н – массовый расход начальной суспензии (подаваемой в отстойник сточной воды), кг/с; с_н – массовая концентрация взвешенных частиц в сточной воде, кг/кг; с_сг – массовая концентрация взвешенных частиц в шламе, кг/кг.

2.2. Скорость осаждения рассчитывают по формуле:

где µ_св–динамическая вязкость сточных вод, Па∙с

ρ_в и ρ_тв– плотность чистой воды и твердой фазы;

g – ускорение свободного падения, м/с².

2.3. Среднюю расчетную скорость осаждения принимают равной половине теорети­ческой скорости осаждения одиночной шарообразной частицы:w’_ос=0.5∙w_ос

2.4. Площадь осаждения в применении к отстойнику непрерывного действия для отстаивания суспензий (рис. 1.2) рассчитывают по формуле:

F_ос=G_н(1 – с_н/с_сг)/∙ρ_ос∙w’_ос

где ρ_ос – плотность осветленной жидкости, кг/м³.

2.5. Построить график зависимости площади осаждения отстойника от диаметра частиц. Диапазон изменения диаметра частиц задает преподаватель.

2.6. Расчет и построение графиков провести в программной среде MatLab (см. пункт 3 лабораторной работы № 1).

Контрольные вопросы

1. Классификация отстойников.

2. Что представляет собой отстойник периодического действия.

3. Что представляет собой отстойник непрерывного действия.

4. От каких параметров зависит площадь осаждения отстойника.

5. Как влияет диаметр осаждаемых частиц на площадь осаждения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ПОЛОГО ФОРСУНОЧНОГО СКРУББЕРА

Цель работы - определение высоты скруббера, при которой происходит полная очистка запыленного газа (степень очистки > 0.90); изучение зависимостей высоты скруббера от диаметра пылевых частиц и капель распыляемой воды.

Общие сведения

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли считается достаточно простым и в то же время весьма эффективным способом обеспыливания.

Скрубберы - мокрые пылеуловители с корпусом в виде вертикальной колонны, полые или с насадкой. Через скруббер проходит запыленный поток, и в аппарат вводится жидкость. В мокрых скрубберах реализуется тесный, бурный контакт газа и жидкости, сопровождающийся генерацией жидких капель. Захват капель газом может привести к уносу жидкости из скруббера в перегреватель, канал, вентилятор, дымовую трубу, а затем в атмосферу. Если не принять мер к отделению захваченной потоком жидкости то это может вызвать коррозию, эрозию, забивание повреждение вентиляторов и выбросы загрязнителя.

Загрязнитель, накапливающийся в жидкости, используемой для орошения скрубберов, следует удалять из системы. В мокрых скрубберах, предназначенных для пылезолоулавливания, в качестве орошающей жидкости чаще всего применяют воду. Ее расход для разных типов аппаратов может изменяться от 0,1 до 10 м³ на 1000 м³ обрабатываемых газов. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) определяется условиями процесса абсорбции.

Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ перед аппаратами других типов:

- отличаются сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

- могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

- могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры и электрофильтры, но и использоваться в тех случаях, когда эти аппараты обычно не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгорания и взрывов очищенных газов, в качестве теплообменников смешения.

Перечисленные преимущества аппаратов мокрого пылеулавливания позволяют широко их применять в системах пылеочистки сушильных установок, особенно во вторых ступенях очистки.

Однако метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостатков:

- улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожаниемпроцесса очистки;

- при охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаждаться в газопроводах, системах вентиляции, дымососах. Кроме того, брызгоунос приводит к безвозвратным потерям орошающей жидкости;

- в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.

Рисунок 1.1. – Схема полого форсуночного скруббера

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают скорость газов v в скруббере в м/с, перепад давления в Па; величину удельного орошения m вм³ на 1 м³ газа.

2.2. Определяют среднюю площадь скруббера в сечении, перпендикулярном направлению потока газов: f = V_г/ v , м², где V_г - расход очищаемых газов, м³/с, подсчитанный по температуре и давлению на выходе из аппарата.

Температуру газов на выходе из скруббера, имевших начальную температуру (150...200)°С и выше, при отсутствии специальных требований можно принимать на 100° ниже начальной, а температуру не нагретых газов - равной начальной.

2.3. Определяют расход жидкости на орошение: L = m·V_г, м³/с.

2.4. Определяют инерционные параметры ψ_i для фракций частиц заданного состава:ψ_i = d_i ² · ρ_ч · v · C_i / (18 · μ · l) , где: d_i - диаметр частиц i – той фракции, м; ρ_ч - истинная плотность частиц, кг/м³; C_i - поправка Кенингема (таблица 1.1); μ - динамическая вязкость газа, Па·с (19,3 · 10^-6 Па·с); l - определяющий размер (диаметр капли орошающей жидкости), м.

Таблица 1.1 – Поправка Кенингема

d·106, м	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10,0
С		24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03

2.5. Определяют коэффициент захвата частиц определенных фракций η_i:

2.6. Скорость осаждения капель w_к находят по диаграмме рис. 1.2.

Рисунок 2.1 - Скорость осаждения капель в полых газопромывателях

2.7. Степень очистки газа определяется по формуле:

,

где Н – высота скруббера (от 0.01 до 2,5D_{скруббера}), м; - диаметр капли

2.8. Построить 3 кривые зависимости степени очистки газа от высоты скруббера при разных диаметрах капель воды ( = 1, 2, 3 мм). В отчете надо представить три кривых на одном графике для одного размера пылевой частицы и три кривых – для другого размера, заданных преподавателем.

2.9. При определенной высоте выбираются 3 значения степени очистки (соответственно для каждой капли) и строится зависимость степени очистки от диаметра капли воды при разных значениях диаметра частиц пыли.

2.10. В выводах необходимо проанализировать, при какой высоте происходит полная очистка (ε > 0,9) запыленного газа, какая закономерность выявляется с увеличением диаметра капель воды и увеличением диаметра частиц пыли.