Формули для перерахунку основних характеристик газів при різних умовах

Густина газів. Густина сухих газів, що складаються з декількох компонентів, за нормальних умов (Т =273ºК, р = 101,3 кПа) рівна, кг/м³:

(6.232)

, (6.233)

де М, М₁; М₂ ..., М_п – молекулярні маси суміші газів і окремих компонентів, кг/кмоль;

а₁ а₂ ..., а_п – вміст компонентів в суміші % (об.).

Густина сухих газів за робочих умов (температурі t_r°C, барометричному тиску р, кПа, і надмірному тиску ±р_г, кПа) визначається з виразу, кг/м³:

. (6.234)

Густина вологих газів при вмісті в них водяної пари х, кг/м³, за нормальних умов рівна, кг/м³:

, (6.235)

де 0,804 – густина водяної пари за нормальних умов, кг/м³.

Густина вологих газів за робочих умов знаходять з виразу кг/м³:

. (6.236)

В'язкість газів. Динамічний коефіцієнт в'язкості суміші газів, що складається з декількох компонентів, за нормальних умов приблизно визначають з виразу, Па·с:

, (6.237)

де μ_с, μ₁, μ₂, μ_n, – динамічні коефіцієнти в'язкості суміші газів і окремих компонентів, Па·с.

При робочій температурі T_а6с (ºК), динамічний коефіцієнт в'язкості знаходять з виразу, Па·с:

. (6.238)

Теплоємність. Теплоємність суміші газів, що складається з декількох компонентів, визначають з виразу:

(6.239)

де с, с₁, с₂ ..., с_n – питомі об'ємні теплоємності суміші газів і окремих компонентів, кДж/(м³·К).

Ентальпію вологих газів i визначають як суму ентальпій сухих газів і водяної пари.

Об'єм газів.Об'єм газів за робочих умов знаходять з виразу:

, (6.240)

де V₀ – об'єм вологих газів за нормальних умов, м³.

Якщо відомі об'єм сухих газів V_су м³, за нормальних умов і вміст в них водяної пари х, кг/м³, то об'єм вологих газів рівний, м³:

. (6.241)

Якщо вологовміст даний в кг/кг, то об'єм вологих газів визначають з виразу, м³:

(6.242)

ЗАДАЧІ

1. Яку висоту необхідно задати між полицями пилоосаджувальної камери, щоб осіли частки колчеданового пилу діаметром 8 мм при витраті пічного газу 0,6 м³/с? Довжина камери 4,1 м, ширина 2,8 м, загальна висота 4,2 м. Середня температура газу в камері 427ºС. В’язкість газу при цій температурі 0,0384·10^-3 Па·с, густина пилу 4 000 кг/м³, густина газу – 0,5 кг/м³.

2. Визначити розмір найменшої частки, яка буде оса­джуватися в камері довжиною 16 м, висотою 2 м при лінійній швидкості газу 0,5 м/с. В’язкість газу 0,03·10^-3 Па·с, густина часток 4 000 кг/м³, густина газу – 0,8 кг/м³.

3. Розрахувати циклон для виділення часток сухого матеріалу із повітря, яке виходить з розпилюючої сушарки, за наступних умов: найменший розмір часток 80 мкм, витрати повітря 2 000 кг/год, температура 100 ºС.

4. Через пилоосаджувальну камеру з відстанню між полицями 100 мм проходить 2 000 м³/год запиленого газу з густиною 1,6 кг/м³. Температура газу 400ºС. Динамічний коефіцієнт в’язкості газу при цій температурі 0,03·10^-3 Па·с, густина пилу 3 700 кг/м³. Довжина камери 4,55 м, ширина 1,71 м, висота 4 м. Якого розміру частки пилу будуть вловлюватися в камері, якщо вважати, що дійсна швидкість осадження вдвоє менша теоретичної.

5. Підібрати циклон за наступними параметрами: витрати запиленого повітря 5 100 м³/год, температура повітря 50 ºС. Густина пилу 1 200 кг/м³. Частки пилу мають найменший діаметр 15 мкм. Визначити також гідравлічний опір циклону.

6. В циклоні необхідно очищати від пилу 8 000 м³/год газу при температурі 300 ºС. Густина газу 1,3 кг/м³. Тиск 10⁵ Па. На вході в циклон газ має розрідження 300 Па. Гідравлічний опір циклону не повинен перевищувати 400 Па. Густина пилу 3 000 кг/м³. Запиленість газу 40 г/м³. Пил слабо злипається.

7. Визначити розміри мокрого газопромивача для очищення від пилу 60 000 м³/год газу при 70 ºС. Запиленість газу на вході в апарат 0,02 г/м³, необхідний ступінь очищення 0,99.

8. 20 000 м³/год запиленого повітря при температурі 400ºС необхідно очистити від пилу крупнішого за 50 мкм. Необхідно визначити площу осадження, якщо густина пилу 4 000 кг/м³.

9. Визначити параметри пилоосаджувальної камери для осадження в ній часток розміром 2 мкм, якщо густина матеріалу часток 5 000 кг/м³, а в’язкість газу 3·10^-6 Па·с. Повітря нагріте до 300ºС.

10. Розрахувати гідравлічний опір циклону типу ЦН-111 з равликом, якщо діаметр його дорівнює 0,5. Через циклон проходить 3 000 м³/год; густина газу 0,6 кг/м³.

11. Розрахувати ступінь осадження попелу з продуктів згоряння бурого вугілля в пилоосаджувальній камері. Дисперсний склад попелу представлений на рис.7.1 (пряма 3). Попіл характеризується наступними властивостями: d = 30 мкм, σ = 3, ρ = 2 700 кг/м³, змочуваність 97 %, питомий електроопір: 9,6·10⁹ Ом·м при температурі 150ºС і 1,5·10¹⁰ Ом·м при температурі 200ºС. Витрати газу-носія 130 000 м³/год; склад газу: СО₂ – 11,7 % об, О₂ – 4,4 % об, N₂ – 83,9 % об. Температура 170 ºС, початковий вміст попелу 17,6 мг/м³.

12. Розрахувати ступінь очищення пилу, який виділяється при сушці продукту в сушильному агрегаті цеху гіпохлориту содового заводу. Дисперсний склад представлений на рис. 6.25, лінія 4. Гіпохлоритний пил складається з часток неправильної голкоподібної форми, які можуть агломеруватися в більш крупні утворення. Густина пилу ρ=1980 кг/м³, коефіцієнт абразивності К_а<0,5·10^-12 м²/кг, змочуваність 100 %, діаметр 98 мкм. Витрати газу носія ( повітря з температурою 112 ºС) 25 000 м³/год. Для очищення використовується циклон ЦН-15.

13. Розрахувати ступінь очищення в циклоні продуктів згоряння вугілля. Дисперсний склад попелу представлений на рис. 6.25, лінія 2. Характеристика попелу: d=20 мкм, σ=3, ρ=2 240 кг/м³, Р=50 Па (слабозлипаємий), питомий електроопір 4·10⁶ Ом·м при температурі 100ºС і 6,2·10⁷ Ом·м при температурі 150ºС, змочу­ваність 91%. Попіл складається з часток овальної і круглої форми з включенням голкоподібних. Витрати газу-носія 10 000 м³/год; золь­ність 42 г/м³, температура 140 ºС. Газ складається СО₂ – 12,1 % об, О₂ – 5,5 % об, N₂ – 73,6 % об, SO₂ – 0,2 % об, Н₂О – 8,6 % об.

14. Розрахувати ступінь очищення в батарейному циклоні димових газів котлоагрегату, який працює на бурому вугіллі. Характеристики викидів див. задачу 11.

15. Необхідно очистити 40 000 м³/год газу в циклоні типу НІІОГАЗ при температурі 250 ºС. Густина вологого газу складає 1,25 кг/м³ густина пилу 1 500 кг/м³. На вході в циклон гази знаходяться під розрідженням 100 Па. Гідравлічний опір не перевищує 700 Па. Пил має наступний склад:

Фракція, мкм	<5	5-10	10-30	30-50	>50
Прийнятий середній розмір, мкм	2,5	7,5
Вміст, %

Початкова запиленість газу 20 г/м³, ступінь вловлювання пилу не нижче 80 %.

16. Визначити розмір пустотілого скруберу для очищення водою при умовах наведених в задачі 15.

17. З яким навантаженням може працювати фільтр при фільтрації повітря запиленістю 1,4 г/м³, якщо відомо, що густина пилу 6 400 кг/м³, дисперсність 0,35 мкм, поруватість шару пилу – 0,94, температура газу 90 ºС. Час між регенераціями 15 хвилин. В фільтрі використовують рукави НЦМ. Поруватість тканини 0,83, h₀ = 1.8·10⁵. Опір тканини 900 Па. При 90 ºС μ=22·10^-6 Па·с.

18. Розрахувати ступінь очищення і визначити характе­ристики пінного газопромивача для обробки димових газів. Характеристика викидів див. задачу 13.

19. Розрахувати ступінь вловлювання пилу із агломераційної машини свинцевого виробництва, який працює з електрофільтром ОГ-3-8 за наступних умов: склад газу близький до повітря, температура 80 ºС, середній діаметр часток пилу
0,47 мкм, швидкість газів в електрофільтрі 0,4 м/с, відстань між площинами осаджувального і коронуючого електродів 12,5 см. В електрофільтрі підтримується різниця потенціалів між електродами 50 000 В, площа активного перетину електрофільтру 8 м².

20. Необхідно визначити коефіцієнт вловлювання часток пилу розміром 1, 2, 3 мкм в турбулентному газопромивачі (труба Вентурі) за наступних умов: швидкість газу в горловині – 60 м/с, густина пилу 3 500 кг/м³, густина газу 1 кг/м³, кінетична в’язкість газу 2·10^-6 м²/с, питомі витрати води на зрошення 0,0006 м³/м³.

21. На першому ступені очищення димових газів проводять в циклоні і коефіцієнт корисної дії (ККД) циклону складає 64,6 %. На другому ступені очищення встановили рукавний фільтр. Після цього сумарний ККД установки рівний 91,2 %. Розрахувати дійсний ККД другого ступеня установки по очищенню від пилу.

22. Розрахувати ступінь очищення в газопромивачі типу ПВМ газових викидів содорегенераційного котлоагрегату целю­лозно-паперового комбінату. Склад дисперсної частини представ­лений лінією 1 на рис. 6.25. Медіанний діаметр частки 1,1 мкм, дисперсія 1,7, густина 2 740 кг/м³. Запиленість газу 4,1 г/м³. Пил схильний до утворення агломератів і сильно злипається ; Р=1830 Па. Частки мають кулеподібну форму і невисокий коефіцієнт абразивності: К_а<0,5·10^-12 м²/кг. Питомий електроопір при 100 ºС складає 9·10⁶ Ом·м, при 150ºС – 5,5·10⁷ Ом·м. Змочуваність 100 %, водний розчин пилу корозійно не активний: рН водного розчину дорівнює 9, кількість газових викидів складає 18 000 м³/год. Температура 140ºС. Склад газової частини викидів: СО₂ – 17 % об, О₂ – 2,4 % об, N₂ – 80 % об, H₂S + меркаптани – 0,2 % об.

23. Розрахувати параметри відцентрового скруберу типу ЦС ВТІ для очищення викидів сушильного відділення содового заводу, які містять двохосновну сіль гіпохлориту. Склад дисперсної частини наведено на рис. 6.25, лінія 4. Інші характеристики викидів наведені в задачі 12.

24. Розрахувати параметри скруберу Вентурі за енергетичним методом для очищення викидів содорегенераційного котлоагрегату целюлозно-паперового комбінату. Склад дисперсної частини викидів наведено на рис. 6.25 , лінія 1, інші параметри – в задачі 21.

25. Підібрати фільтр для очищення викидів содорегенера­ційного котлоагрегату целюлозно-паперового комбінату. Склад дисперсної частини викидів наведено на рис. 6.25 , лінія 1, інші параметри – в задачі 21.

26. Підібрати електрофільтр для очищення викидів содо­регенераційного котлоагрегату целюлозно-паперового комбінату і визначити його ефективність. Склад дисперсної частини викидів наведено на рис. 6.25, лінія 1, інші параметри – в задачі 21.

27. Розрахувати параметри процесу абсорбції аміаку з повіт­ря і підібрати абсорбер. Температура відхідних газів 25 ºС, тиск в абсорбері – атмосферний, початкова концентрація аміаку
0,0049 кг/м³, кінцева концентрація не повинна перевищувати ГДК (ГДК_мр=0,2 мг/м³), витрати відхідних газів – 4,2 м³/с.

28. Для умов попередньої задачі розрахувати необхідну площу масообміну, якщо в якості сорбенту використовувати сірчану кислоту з початковою концентрацією аміаку 0,2 кмоль/м³.

29. Розрахувати параметри адсорбційного очищення газових викидів (повітря) від діхлоретану при початковій концентрації
117 г/м³ до проскокової концентрації 100 мг/м³. Витрати газу становлять 0,23 кг/с. Тиск атмосферний. Температура повітря 50 ºС.

30. Визначити розміри пилоосаджувальної камери, яка працює в наступних умовах:

Витрати газу на очищення	2,400 м3/год
Діаметр осаджуваних часток	50 мкм
Густина часток	2 400 кг/м3
Температура газу	20 ºС
В´язкість газу	1,8·10-5 Па·с

31. Для знепилення газу, отриманого при кальцинуванні соди, встановлений циклон з діаметром 0,74 м. Газ виходить з кальцинатору при температурі 80ºС, його витрати складають
6 200 м³/год. Мінімальний діаметр кристалів карбонату натрію 20 мкм, густина кристалів 2 700 кг/м³; в’язкість газу 2,11·10^-5 Па·с. Встановити придатність даного циклону для досягнення необхідного очищення газу від пилу.

32. В колоні з ситчатими тарілками проводять абсорбцію оксиду сірки (IV) водою з повітря при атмосферному тиску. Визначити коефіцієнт масовіддачі, якщо колона працює за наступних умовах: витрати повітря 2 800 м³/год; початкова концентрація оксиду сірки (IV) на вході в колону 0,075 % об, кінцева концентрація – 0,000364 % об; середня температура в колоні 18 ºС; витрати абсорбуючої води – 78,5 м³/год; діаметр колони – 1 200 мм; газовміст піни 0,5; висота переточного порогу 30 мм.

33. Визначити коефіцієнт масовіддачі в газовій і рідкій фазах при абсорбції оксиду сірки (IV) водою в хаотично завантаженій насадці з кілець Рашига 50×50×5 мм. Колона працює за наступних умов: витрати повітря 2 000 м³/год; початкова концентрація оксиду сірки (IV) на вході в колону 0,05 % об; середня температура в колоні 15,6 ºС; витрати абсорбуючої води – 72,6 м³/год; діаметр колони – 1 180 мм.

34. В насадковій колоні відбувається абсорбція СО₂ водою. Початкова концентрація СО₂ 10% об, кінцева – 0,3 % об. Початкова концентрація в воді 25 мг/дм³. Витрати газу 10 000 м³/год. Тиск 1,55 МПа, температура 25 ºС. Визначити: мінімальну витрату абсорбенту, середню рушійну силу у верху і в низу колони.

35. Визначити висоту насадки для абсорбції СО₂ водою за наступних умов: тиск – 1,55 МПа, температура 25 ºС витрати газу – 5 000 м³год; вміст СО₂ на вході 0,297 % об, на виході – 0,009 % об, початковий вміст СО₂ у воді 0,025 кг/м³, на виході 4,25 кг/м³; діаметр колони 2 200 мм, тип насадки – кільця Рашига 75 ×75 ×10 мм, завантажені навалом.

36. Визначити висоту насадки в колоні для проведення абсорбції аміаку водою з повітря. Колона працює за наступних умов: витрати газу: 10 000 м³/год, початкова концентрація аміаку в газі на вході в колону – 0,01 %, концентрація аміаку в розчині на вході в колону 0,0001 мг/м³, ступінь очищення газів від аміаку 90 %.

37. В колоні з нападкою з кілець Рашига 50×50×5 мм відбувається абсорбція оксиду сірки (IV) із повітря водою. Колона працює за наступних умов: витрати повітря 3 500 м³/год; початкова концентрація оксиду сірки (IV) на вході в колону
0,05 % об, кінцева концентрація – 0,00064 % об; концентрація оксиду сірки (IV) в воді на вході в колону – 0 мг/м³; середня температура в колоні 20ºС; витрати абсорбуючої води L=1,16·L_min; діаметр колони – 1 300 мм. Визначити середню рушійну силу на верху і в низу колони, коефіцієнти масовіддачі.

38. За початковими даними попередньої задачі визначити необхідну поверхню і висоту шару насадки.

39. Розрахувати насадкову колону для абсорбції оксиду сірки (IV) з повітря водою. Витрати газу на очищення при 20ºС – 4 % об., на виході з колони газ містить 0,4 % об оксиду сірки (IV). Витрати абсорбенту в 1,16 раз більші мінімальних. Концентрація оксиду сірки (IV) в воді на вході в колону – 0 мг/м³.

40. Визначити необхідне число ковпачкових тарілок для абсорбції аміаку з повітря. Колона працює за наступних умов: витрати повітря 1 500 м³/год; початкова концентрація аміаку на вході в колону 0,055 % об, концентрація аміаку в воді на вході в колону – 0,0001 мг/м³; середня температура в колоні 16ºС; діаметр колони –800 мм. Ступінь очищення газів від аміаку 94 %.

41. Визначити мінімальні витрати абсорбенту при абсорбції аміаку водою в насадковій колоні. Витрати газу 120 кмоль/год; концентрація аміаку на вході в колону: початкова 0,0309 кмоль/кмоль, кінцева – 0,0016 кмоль/кмоль.

42. Визначити необхідні витрати води для поглинання оксиду сірки (IV) з газової суміші, яка містить 5 % оксиду сірки (IV). Витрати газу 350 м³/год. Абсорбція протікає при 20ºС і атмосферному тиску. У колоні поглинається 90 % оксиду сірки (IV).

43. Визначити необхідну кількість активованого вугілля, висоту шару адсорбенту і діаметр адсорберу періодичної дії для поглинання органічної речовини з повітря. Витрати повітря 5000 м³/год. Початкова концентрація органічної речовини 0,015 % об. Швидкість пароповітряної суміші 0,2 м/с. Насипна густина вугілля 500 кг/м³, залишкова активність після десорбції 0,8 % мас., динамічна активність по органічній речовині 7 % мас. Тривалість десорбцій, сушки, охолодження 1,5 години.

44. Через адсорбер періодичної дії за один період проходить 3 000 м³ пароповітряної суміші з концентрацією діметилового ефіру 0,006 кг/м³. Температура процесу 20 ºС, тиск атмосферний швидкість потоку пароповітряної суміші 13 м/хв., концентрація діметилового ефіру на виході з адсорберу 3·10^-5 кг/м³. В якості поглинача використовується активоване вугілля марки АГ-5 з діаметром зерен 0,004 м і насипною густиною 500 кг/м³. Висота шару вугілля 0,7 м. Визначити кількість активованого вугілля, необхідну для одного завантаження, діаметр адсорберу і тривалість поглинання до проскоку.

45. Визначити тривалість поглинання до проскоку для ад­сорбції парів тетрахлорвуглецю шаром активованого вугілля висотою 0,1 м. швидкість парогазової суміші 5 м/хв, діаметр часток вугілля 2,75 мм, динамічні коефіцієнти В₁ = 14 500 і В₂ = 52 945.

46. Визначити гідравлічний опір фільтруючого шару каталізатору висотою 1,7 м в реакторі діаметром 2,5 м. Витрати газу 8 500 м³/год., густина газу 0,45 кг/м³, в’язкість газу 0,294·10^-4 Па·с. Питома поверхня зерен каталізатору 415 м²/м³, поруватість 0,43.

47. Визначити об’єм каталізатору процесу очищення каталі­тичного очищення газів від оксиду вуглецю(II), якщо час контакту з каталізатором 0,55 с. Поруватість 0,364, температура в реакторі 230°С. Витрати газу 10 500 м³/год.

48. Визначити основні розміри реактору для каталітичного очищення газів від оксиду азоту (ІІ) в виробництві слабкої азотної кислоти.

Об'єм викиду G’= 10 000 м³/год; поруватість шару каталізатора e = 0,375. Концентрація оксиду азоту (ІІ) – 0,15 % об.

ЛІТЕРАТУРА

1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты ок­ружающей среды. – М.: Химия, 1989. – 612 с.

2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности (Основы энвайрон­мента­листики). – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2000. – 800 с.

3. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3-х т. Т.1. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. – 917 с.

4. Зиганшин М.Г., Колесник А. А., Посохин В.Н. Проектирование аппара­тов пылегазоочистки. – М.: «Экопресс - 3М», 1998. –
505 с.

5. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных га­зов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

6. Белевицкий А.М. Проектирование газоочистительных сооружений. – Л.: Химия, 1990. – 288 с.

7. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Хи­мия, 1987. – 576 с.

8. Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г. Очистка газов: Справочное издание. – М.: Теплоэнергетика, 2002. – 640 с.

9. Гордон Г.М., Пейахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1977. – 456 с.

10. Каталог пылегазоочистного оборудования – М.: Междуна­родный фонд конверсии. Центр экологических проблем, 1990. – 238 с.

11. Коузов П.А, Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка газов и воздуха от пыли в химической промышленности. – СПб.: Химия, 1993. – 320 с.

12. Ветошкин А.Г. Защита атмосферы от газовых выбросов. Учебное пособие по проектированию – Пенза.: изд-во
Пенз. гос. университета, 2004. – 270 с.

13. Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды (теоретические основы). Учебное пособие. – Пенза.:
изд-во Пенз. гос. университета, 2004. – 324 с.

14. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Гос. научно-техн. изд-во, 1962. – 840 с.

15. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 447 с.

16. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов хими­ческой технологии – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

Для нотаток

Навчальне видання