Пылеуловительные устройства

η=Ф(x)=

   (7),

где х=lg(d_m/d₅₀)/ ; d_m - медианный диаметр частиц пыли, мкм; d₅₀ -диаметр частиц пыли, улавливаемых в аппарате на 50%; σ_r - среднеквадратичное отклонение распределения частиц по размерам; lgσ_r - среднеквадратичное отклонение распределения фракционной эффективности пылеуловителя; lgσ_η -стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.          С достаточной точностью дисперсию (геометрическое стандартное отклонение) можно рассчитать по формуле:

σ=d₈₄/d_m= d_m/d₁₆    (8),

где d₁₆, d₈₄ - диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84%.  Для нахождения значений lg s_h необходимо иметь опытные данные по очистке в пылеуловителях определенной конструкции двух видов различной пыли. Пересчет значений d_m и d₅₀ от реальной плотности r_г к стандартной производят по формуле:

d₅₀(или d_m)=

(или )     (9),

  Установлена зависимость степени пылегазоочистки от энергозатрат [10]:

η=1-

(b )   (10),

где K_r - удельная энергия соприкосновения, кДж/1000 м³ газов; b и k - константы, определяемые из дисперсного состава пыли, позволяет рассчитать эффективность улавливания пыли. Вероятностно энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей основан на обобщенной зависимости:

d₅₀=188,32

    (11),

Полученной для стандартной плотности пыли ρ_r= 1000 кг/м³ и вязкости газов m_r=18*10^-6Па·с. Эта зависимость может быть использована для выбора способов очистки и принципиальной конструкции скрубберов.     Для очистки или обезвреживания газообразных отходов или технологических газов с целью извлечения из них сопутствующих (полезных) газообразных компонентов широко используют метод абсорбции. Абсорбция основана на непосредственном взаимодействии газов с жидкостями.    Абсорбционной очистке подвергают газообразные отходы, содержащие один или несколько извлекаемых компонентов. В зависимости от используемого абсорбента и его селективности можно выделить либо один компонент, либо последовательно несколько. В результате абсорбции получают очищенный газ и насыщенный раствор, который должен быть легко регенерируемым с целью извлечения из него полезных газов и возвращения его на стадию абсорбции [2]. Требования, которым должна удовлетворять абсорбционная аппаратура, вытекают из физического представления явлений массопереноса в системах газ - жидкость. Так как процесс массопереноса протекает на поверхности раздела фаз, то в конструкциях аппаратов необходимо ее максимально развивать.  Для поверхностных абсорберов характерным является конструктивно образованная поверхность, по которой в пленочном режиме стекает абсорбент (жидкость). Наиболее распространенной конструкцией таких противоточных абсорберов являются хорошо известные насадочные. В качестве насадки применяют кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и другую насадку. Насадочные аппараты сложны, так как необходимо создать опорную решетку, оросители, обеспечить эффективное улавливание капель абсорбента.    В распиливающих абсорберах межфазная поверхность образуется мелкими каплями путем дробления, распыления жидкости. В объеме аппарата с помощью форсунок создаются капли, контактирующие с газовым потоком.  В механических абсорберах жидкость распыляется в результате подвода извне механической энергии, например, вращения валков или специальных распылителей. Эти конструкции достаточно сложны.     В поверхностных и распыливающих абсорберах сплошной фазой является газ, а распределенной - жидкость. В барботажных абсорберах в сплошном потоке жидкости распределяется газ, что достигается на так называемых тарелках. Режим, в котором работают такие абсорберы, называют барботажным. При создании промышленных систем очистки газов абсорбционными методами необходимо различать схемы с одно- и многократным использованием абсорбента. В последней схеме абсорбция сочетается с десорбционными процессами. Однократное использование абсорбента характерно для процессов с низкой стоимостью поглотителя или когда после поглощения образуется готовый (целевой) продукт. Так как в очищаемом газе содержится незначительное количество улавливаемого компонента, то осуществляется циркуляция абсорбента, но без его регенерации [10].   Расчет процессов абсорбции основывается на материальном балансе, из которого определяют расходные параметры по абсорбенту и размеры аппаратов. Объем очищаемого газа G известен, известна также и начальная концентрация поглощаемого компонента в газовом потоке y₁ и в абсорбенте, подаваемом на очистку, x₁. Необходимо знать конечную концентрацию x₂ абсорбента, то есть степень насыщения потока абсорбента L поглощаемым компонентом. Тогда количество поглощаемого компонента G_k определяют по формуле:                G_к=G(y₁-y₂)      (12),      

где у₂ - концентрация компонента в отходящем газовом потоке.         Общее уравнение материального баланса имеет вид:

       G(y₁-y₂)=L(x₂-x₁)     (13),

Конечное содержание поглощаемого компонента у₂ в газовом потоке должно быть согласовано с равновесной концентрацией его в жидкости, которую определяют по формуле:

=y₂/m    (14),

где - равновесная концентрация компонента в жидкости, отвечающая его содержанию в газовой фазе у₂; т - константа фазового равновесия (константа Генри).            Определение эффективности реальных аппаратов должно быть основано на кинетических закономерностях процессов массопередачи, что можно записать через скорость растворения газа в жидкости за время через поверхность контакта фаз F, м²:

G_к=dG/dτ=KFΔ     (15),

Каждая из независимых  переменных (К - коэффициент массопередачи и А - движущая сила процесса) зависит от многих параметров (технологических режимов, конструкций аппаратов) и может измеряться в различных единицах. Широко применяют выражение для коэффициента массопередачи K_s как отношение его к площади поверхности контакта фаз или к площади насадки, тарелки. Если при этом движущая сила выражена через дельта, кг/м³, то единица измерения K_s - м/с. Коэффициент массопередачи относят также к объему аппарата, получая объемный коэффициент массопередачи К_v, с-¹ или ч-¹:

K_v=Ka     (16),

где а - удельная поверхность контакта фаз.

Так как интенсивность  переноса массы в газовой фазе (частный коэффициент массоотдачи β_г) и в жидкой (частный коэффициент массоотдачи β_ж) различна, то значение b_г и b_ж определяют по разным зависимостям, и их соотношение для различных процессов также различно. Тогда выражение общего коэффициента массопередачи через частные имеет вид:

K_s=1(1/b_г+1/m β_ж)   (17),

Соотношение между 1/b_г и 1/mb_ж позволяет определить долю сопротивления в газовой и жидкой фазе в зависимости от m, зависящей от абсорбента, степени его насыщения, температуры и др. Значения b_г и b_ж находят по экспериментальным зависимостям, рекомендуемым для определенных конструкций массообменных аппаратов.        В случае прямолинейной равновесной зависимости и постоянства b_г и b_ж по высоте абсорбера количество переданной массы:

   G(y₁-y₂)=K_sFΔ    (18),

или

    

(19),

Последнее выражение  называют числом единиц переноса. По аналогии с записью коэффициентов массопередачи  можно записать:

      N=N_г+mGN_ж/L     (20),

где N_г и N_ж - число единиц переноса в газовой и жидкой фазах соответственно. Число единиц переноса через объемные коэффициенты массопередачи:

       N=K_vV_ап/G=K_vSH/G    (21),

где V_an - объем аппарата; S - площадь поперечного сечения; Н - высота аппарата.

Тогда высота аппарата:

    H=NG/(K_vS)    (22),

причем G/(K_vS) отвечает высоте аппарата, для которого число единиц переноса равно единице и называется высотой единицы переноса.    Существенным недостатком сорбционных методов очистки (абсорбционных и адсорбционных) выбросных газов является необходимость многократной регенерации поглощающих растворов или частичной замены твердого сорбента, что значительно усложняет технологическую схему, увеличивает капитальные вложения и затраты на эксплуатацию [9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Комбинированные пылеуловители

Комбинированные методы и аппаратура очистки газов  являются весьма экономичными и наиболее высокоэффективными. Для обеспыливания процессов сушки, измельчения, просеивания, смешивания и транспортирования сырьевых материалов разработан гидродинамический пылеуловитель ГДП-М (рис.№12) производительностью по очищаемому воздуху от 3000 до 40000 м³/ч.  Принцип работы аппарата основан на барботаже запыленного воздуха (газа) через слой пены, образующейся на газораспределительной решетке. Решетка при этом погружена в пылесмачивающую жидкость. Запыленный газ поступает в подрешеточное пространство и, вытеснив на решетку часть воды, образует на ней слой высокотурбулентной пены. Пройдя через отверстия, газ очищается от пыли в момент контакта с пылесмачивающей жидкостью. Очищенный газовый поток поступает в центробежный каплеотделитель, а затем выбрасывается в атмосферу. Аппарат ГДП-М максимальной эффективностью обладает на второй ступени очистки (после циклонов) газов от мелкодисперсной пыли [7].   

                                 

Рис. 15 Гидродинамический пылеуловитель ГДП-М:

1 - входной патрубок; 2 - газораспределительная решетка; 3 - корпус; 4 -каплеотделитель; 5 - выходной патрубок; 6 - регулятор подачи воды; 7 - разгрузочное устройство.

 

7.Расчет основных параметров  пылеулавливателя

7.1 Проверка вертикального вала по касательным напряжениям

                        

_max= _{ПРИ ,}          (23)

где М_кр.мах – максимальный крутящий момент

W_p – момент вращения

                    

p = при ,   (24)

                                                   ,    (9)

               

при f=0.015  ,   (25)

Нижний подшипник  принимаем – шариковый, упорный: лёгкой серии 8202

                                                 ,     (26)

где F – сила действующая на подшипник

m – масса конструкции

g – ускорение свободного падения

                                                 Н

                                                d=20    D=48

   d_cp=

мм

                                               

Так как верхний подшипник выполняет только поддерживающую функцию, то принимаем его из лёгкой серии №108.

d=20, D=48.

= = = 20 мм        (27)

 

7.2Расчет вадила на изгиб

                                                 ,      (28)

где М_изг – изгибающий момент

F – изгибающая сила

L – длина вадила

                                               

                                               ,          (29)

где М_кр  - крутящий момент

l – длина водила

        

Н,     (30)

                          

   при МПа,       (31)

                                               ,         (32)

                    

= = 0.05 м,     (33)

7.3Расчет раскосов (опор) нижнего, упорного подшипника

 

                 

при к_дин=1.3,       (34)

                                                  ,        (35)

где Q – вес, приходящийся на 1 раскос

А – площадь  сечения 1раскоса

 Н,      (36)

Подставляя  данные в условия прочности.

                      

м   (37)

Принимаем стандартный  прут 80 мм так, как условие прочности  сохраняется

7.4Подбор понижающего редуктора

 

                                               ,        (38)

                                            

                        

кВт принимаем N=10

Определим момент изгиба вала

                                             Нм,     (39)

Время работы (временной  резерв) t=21000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Заключение

Ежегодно  увеличиваются капитальные вложения в строительство пылеулавливающих и газоочистных устройств. В стране действуют несколько институтов, разрабатывающих новые способы очистки воздуха, пылеуловители и газоочистные установки. В основных направлениях экономического и социального развития идет речь о необходимости совершенствовании технологических процессов и транспортных средств с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей. Увеличить выпуск высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов, водоочистного оборудования, а также приборов и автоматических станций контроля за состоянием окружающей природной среды [4].     Особенно большое внимание охране воздушного бассейна уделяет общественность. В коллективных договорах, заключаемых ежегодно между администрацией предприятий и коллективом рабочих и служащих, один из основных пунктов зачастую посвящен совершенствованию существующих и строительству новых пылегазо-улавливающих устройств, освоению безотходных технологий. Безусловно, полностью безотходные технологии - оптимум для охраны окружающей среды, но для многих отраслей промышленности - это вопрос еще далекого будущего. Пока же приходится все более и более совершенствовать очистные сооружения, организовывать системы контроля и наладки действующих пылеуловителей. Проблема сейчас особенно остра не только потому, что загрязненность атмосферы наносит огромный вред здоровью людей и экологической среде, но и потому, что очень часто пыль представляет собой ценное сырье для металлургических предприятий, заводов строительных материалов и химии.

 

 

 

Список  литературы

1. Азаров, В.Н. Методика определения интенсивности пылевыделения от технологического оборудования [Текст] / В.Н. Азаров - Волгоград: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия 2002.- 8 с. 2. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.:Металлургия, 1986. 544 с.        3. Балтренас, П. Очистка газов волокнистыми фильтрами [Текст] / П. Балтренас, Д. Палюлис, Экология и промышленность России. -М.: Высш.шк.,- 2004.- 21с.              4. Басманов, П.И. Высокоэффективная очистка газов от аэрозолей фильтрами на основе волокнистых материалов ФП и их аналогов (свойства, конструкции, применение) / П.И. Басманов, В.А. Девесилов Приложение к журналу «Безопасность жизнедеятельности». -М.: Высш.шк., – 2003. - №10 – 16с.              5. Бондарева Т.И. Экология химических производств. М.: Изд-во МИХМ, 1986.92 с.             6. Буренин, В.В. Очистка воздуха от производственной пыли, токсичных паров и газов с помощью фильтров – пылегазоуловителей [Текст]  Безопасность труда в промышленности / В.В. Буренин. М. : Стройиздат – 2005. - №1. – 72с.   7. Вальдберг, А.Ю. Конструктивные и эксплуатационные возможности скруббера Вентури [Текст]  / А.Ю. Вальдберг –М.: Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2002.-№8.- 21с.         8. Иванов П.Р., Камолов А.Г. Очистка газовых выбросов от мелкодисперсной пыли // Экология и промышленность России, №9, 2001 г. – стр.15-18             9. Калыгин В.Г. Промышленная экология.-М.,2006.-432    10. Мазус М.Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей [Текст] / М.Г. Мазус. – М. 1985.- 115с.          11. АИ. Родионов, Ю.П. Кузнецов. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов.М.: Химия, 1985. 352 с.      12. Страус В. Промышленная очистка газов. М.: Химия, 1981. 616 с.  13. Степанов Г.Ю. Зицер И.М. Инерционные воздухоочистители. М.: Машиностроение, 1986. 184с.         14. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Химия, 1981. 392 с.     15. Хантургаева Г.А. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов: Сб. науч.тр./Под. ред. -Улан-Удэ, 1990.- 1990.-160 с.