Обоснование выбора принципиальной схемы пылегазоочистной установки

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Факультет ТАМПТ

Кафедра ПЭОТ

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Основы защиты атмосферы и гидросферы»

на тему: «Расчетно-аналитический выбор пылегазоочистной установки»

 

Разработал:

 

Ст.гр Эк 41-з

 

Рябков О. С.

 

Принял:

 

 

 

Севастополь - 2014

 

Содержание

Задание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.Обоснование выбора принципиальной схемы пылегазоочистной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Расчеты аппаратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Методика расчета осадительной камеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2Методика расчета циклона и выбора циклона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Проверочный расчет циклона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Расчет скруббера Вентури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Расчет насадочного абсорбера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6 Расчет теплообменника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Обобщенные результаты анализа расчетно-аналитического выбора пылегазоочистной установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список используемых источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Задание

Необходимо спроектировать пылегазоулавливающую установку, обеспечивающую эффективность очистки в пределах установленных санитарно-гигиенических норм и определить ПДВ для высоты трубы Н = 18м с учетом обеспечения ПДВ в селитебной зоне. Нужно очистить отходящий воздух от пыли и оксида азота NO₂.

Средний дисперсионный и фракционный состав пыли:

 

Размер частиц, мкм	0-2	2-4	4-6	6-8	8-10	10-25	25-50	50-75	> 75
Фракционный состав, %	22,5	12,2	6,2	7,3	2,5	9,3	18,5	18,5

 

 

Предприятие размещено на расстоянии X = 50м от селитебной зоны. Количество вентиляционного воздуха на 1 т выплавляемой стали, составляет 140 м³/ч. Температура отходящих газов составляет Т= 220°C. Средняя температура окружающего воздуха составляет Т_в = 20°C.

Физические параметры пыли и отходящих газов:

- плотность газа, ρ_г = 1,25 кг/м³;

- плотность пыли, ρ_п = 2700 кг/м³;

- средний размер частиц пыли и ее дисперсия, d_m = 20 мкм, σ_n = 0,334;

- давление газа, P_г = 420 кПа.

Динамический коэффициент вязкости воздуха, m = 22,2·10^-6 нс/м².

 

Введение

По заданию мне требуется очистить воздух от пыли и оксида азота NO₂.

Пыль является одним из многотоннажных выбросов в атмосферу. Технологические процессы во многих отраслях народного хозяйства связаны с переработкой, транспортировкой и хранением сыпучих, тонкоизмельченных материалов. Это приводит к интенсивному загрязнению воздушного пространства пылью. Под пылью понимают любые твердые частицы, содержащиеся в выбрасываемых в атмосферу газах. Для улавливания пыли применяют соответствующее пылеулавливающее оборудование, принцип действия которого основан на использовании инерционных, гравитационных, диффузионных и электрических сил.

Мощное развитие промышленности автотранспорта и жилищно-коммунального сектора привело к быстрому росту локальных выбросов оксидов азота, которые концентрируются в районах расположения ТЭЦ и других крупных потребителей топлива, а также в зонах большого скопления автотранспорта.

При концентрациях около 1 мг/м³ в течение 10-12 сут диоксид азота сдерживает рост растений, тем самым снижает их продуктивность, принося ущерб сельскому хозяйству (в частности, при выращивании бобов, томатов, апельсинов).

Оксиды азота, обладая высокой токсичностью, способны образовывать еще более токсичные комплексы, а также способствовать образованию фотохимических туманов (смогов). Если переход на сжигание "чистых" с точки зрения загрязнения воздушного бассейна топлив позволяет резко сократить, а иногда полностью ликвидировать все прочие выбросы токсогенов, то на сокращение оксидов азота это не сказывается.

Раздражающее и обжигающее действие NO_x на дыхательные пути приводит к раковым заболеваниям дыхательных органов человека. Уже при концентрации 15 мг/м³ отмечается раздражение глаз, а концентрация 200-300 мг/м³ даже при кратковременном воздействии может вызвать отек легкого.

NO_x, реагируя с атмосферной влагой, образует азотную кислоту, которая вызывает повышенную коррозию металлических сооружений и конструкций.

 

 

Обоснование выбора принципиальной схемы пылегазоочистной установки

 

1.1Объем и масса выбрасываемой пылегазовоздушной смеси в секунду

 

V₁= V/3600 (м³/с);

М = g∙G∙1000/3600 (г/с) (1.1)

 

где V - объем вентиляционного воздуха по техническому заданию, м³/ч;

G – производительность, т/ч.

 

V₁= V/3600 = (140∙6, 5)/3600 = 0,253 (м³/с)

М= 10,1∙6,5∙1000/3600= 18,236 (г/с)

 

1.2Масса выбрасываемой пыли в единицу времени (г/с)

 

M = С·V₁ (г/с), (1.2)

M = 100·0,611 = 61,1 (г/с)

 

1.3 Максимальная приземная концентрация на расстоянии от источника выброса (источник без очистных сооружений);

C_m = A·M·F·m·n·h / (H²·³ÖV₁·DT ) (мг/м³), (1.3)

 

где А - коэффициент, учитывающий стратификацию атмосферы, для Украины А = 200;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере. Для газов и мелкодисперсной пыли F =2;

М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

η – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, η =1 (слабо пересеченная местность);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м,

DТ – разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха, Т_в °С;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

DТ = Тг - Т_в (⁰С)

DТ = 220 – 20 = 200 (⁰С);

 

m= 1/ (0.67+0.1(f) ^1/2 + 0.34 (f) ^1/3).

 

Величина параметра f [м/ (с² °С)] вычисляется по формуле:

 

f = 10³· (W₀²·D/ (H²·DT)),

где W₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с, принимается 8 м/с ;

D – диаметр источника выброса, м. Определяется из условия S = V₁/W₀;

S = 0,253/8 = 0,032 (м²)

 

D = (4S/π) ^1/2

 

D = (4·0,032/3, 14)^1/2 = 0,202 (м)

 

f = 10³· (8²·0,202/(18²·200)) = 0,025 (м/ (с²·°С))

 

m= 1/ (0,67+0,1(0,025)^1/2 + 0,34 (0,025)^1/3) = 1,274

 

Значение безразмерного коэффициента η определяется в зависимости от параметра Vm (м/с), вычисляемого по формуле:

 

Vm = 0,65[(V₁·DT)/H]^1/2

 

Vm = 0,65[(0,253·200)/18]^1/2 = 1,09 (м/с)

 

при 0,3 < Vm <2,

 

n = 3 - [(Vm – 0,3)(4,36 - Vm)]^1/2

 

n = 3 - [(1,09 – 0,3)(4,36 – 1,09)]^1/2 = 1,393

 

Подставив данные значения в формулу (1.3), получим:

 

C_m = 200·18, 236·2·1,274·1,393·1 / (18²· ³Ö0,253·200) = 10,802 (мг/м³)

 

1.4 Определяется расстояние Хm от источника выброса, при котором имеет место Сm:

 

Xm = [(5 - F)/4]·d·Н, (1.4)

 

где d – безразмерная величина, определяемая при V_м < 2, по формуле:

 

d = 4, 95·Vm (1+0, 28(f)^1/3)

d = 4, 95·1, 09(1+0, 28(0,025)^1/3) = 5, 837

 

Xm = [(5 - 2)/4]·5, 837·18 = 78, 799 (м)

 

1.5Сравниваются величины:

Cm £ ПДК и Xm £ X. (1.5)

10, 802 > 0,5 и 78, 799 > 50,

 

где ПДК = 0,5 (мг/м³).

1.6Так как условия не выполняются, то определяется предельно допустимый выброс для данного источника загрязнения:

 

ПДВ = ((ПДК - Сф)·Н²/[A·F·m·n])·³ÖV₁·DT , (г/с) (1.6)

 

где Сф - принять 0,2ПДК.

 

ПДВ = ((0,5 – 0,1)·18²/[200·2·1,274·1,393])·³Ö0,253·200 = 0, 677 (г/с).

 

1.7 Массовая концентрация пыли перед входом в пылегазоустановку:

 

C_вх = С·10³, (мг/м³). (1.7)

 

C_вх = 18, 236· 10³/0,253 = 72, 08· 10³ (мг/м³).

 

1.8Концентрация пыли после пылегазоочистной установки из условия обеспечения ПДВ, мг/м³:

 

С_вых = ПДВ·10³/V₁, (мг/м³) (1.8)

 

С_вых = 0, 677·10³/0, 253 = 2675, 889 (мг/м³)

1.9Общая эффективность очистки должна быть:

 

h = 1 - C_вх / С_вых (1.9)

 

h = 1 – (72, 08· 10³ /2,68·10³)^-1 = 0,96.

Таким образом, эффективность очистки по пыли составляет 0,96, не менее.

 

Аналогичный расчет проводится по газу NO₂

 

Объем и масса выбрасываемого газа в секунду

 

V₁= V/3600 (м³/с);

М = g∙G∙1000/3600 (г/с)

 

где V - объем вентиляционного воздуха по техническому заданию, м³/ч;

G – производительность, т/ч.

 

V₁= V/3600 = (140∙6, 5)/3600 = 0,253 (м³/с)

М= 0,28 ∙6,5∙1000/3600 = 0,506 (г/с)

 

 

Максимальная приземная концентрация на расстоянии от источника выброса (источник без очистных сооружений);

 

C_m = A·M·F·m·n·h / (H²·³ÖV₁·DT ) (мг/м³),

 

где А - коэффициент, учитывающий стратификацию атмосферы, для Украины А = 200;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере. Для газов и мелкодисперсной пыли F =2;

М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

η – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, η =1 (слабо пересеченная местность);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м,

DТ – разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха, Т_в °С;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

DТ = Тг - Т_в (⁰С)

DТ = 220 – 20 = 200 (⁰С);

 

m= 1/ (0.67+0.1(f) ^1/2 + 0.34 (f) ^1/3).

 

Величина параметра f [м/ (с² °С)] вычисляется по формуле:

 

f = 10³· (W₀²·D/ (H²·DT)),

где W₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с, принимается 8 м/с ;

D – диаметр источника выброса, м. Определяется из условия S = V₁/W₀;

S = 0,253/8 = 0,032 (м²)

 

D = (4S/π) ^1/2

 

D = (4·0,032/3, 14)^1/2 = 0,202 (м)

 

f = 10³· (8²·0,202/(18²·200)) = 0,025 (м/ (с²·°С))

 

m= 1/ (0,67+0,1(0,025)^1/2 + 0,34 (0,025)^1/3) = 1,274

 

Значение безразмерного коэффициента η определяется в зависимости от параметра Vm (м/с), вычисляемого по формуле:

 

Vm = 0,65[(V₁·DT)/H]^1/2

 

Vm = 0,65[(0,253·200)/18]^1/2 = 1,09 (м/с)

 

при 0,3 < Vm <2,

 

n = 3 - [(Vm – 0,3)(4,36 - Vm)]^1/2

 

n = 3 - [(1,09 – 0,3)(4,36 – 1,09)]^1/2 = 1,393

 

Подставив данные значения в формулу (1.3), получим:

 

C_m = 200·0,506·2·1,274·1,393·1 / (18²· ³Ö0,253·200) = 0,299 (мг/м³)

 

Определяется расстояние Хm от источника выброса, при котором имеет место Сm:

 

Xm = [(5 - F)/4]·d·Н,

 

где d – безразмерная величина, определяемая при V_м < 2, по формуле:

 

d = 4, 95·Vm (1+0, 28(f)^1/3)

d = 4, 95·1, 09(1+0, 28(0,025)^1/3) = 5, 837

 

Xm = [(5 - 2)/4]·5, 837·18 = 78, 799 (м)

 

Сравниваются величины:

Cm £ ПДК и Xm £ X.

0, 299 ³ 0,085 и 78, 799 > 50,

 

где ПДК = 0,085 (мг/м³).

Так как условия не выполняются, то определяется предельно допустимый выброс для данного источника загрязнения:

ПДВ = ((ПДК - Сф)·Н²/[A·F·m·n])·³ÖV₁·DT , (г/с)

Сф = 0,2·0,085=0,017

ПДВ = ((0,085 – 0,017)·18²/[200·2·1,274·1,393])·³Ö0,253·200 = 0, 115 (г/с).

 

Массовая концентрация газа перед входом в пылегазоустановку:

 

C_вх = С·10³, (мг/м³).

C_вх = 0,506· 10³/0,253 = 2· 10³ (мг/м³).

 

Концентрация газа после пылегазоочистной установки из условия обеспечения ПДВ, мг/м³:

 

С_вых = ПДВ·10³/V₁, (мг/м³)

С_вых = 0, 115·10³/0, 253 = 454,55 (мг/м³)

Общая эффективность очистки должна быть:

 

h = 1 - C_вх / С_вых

 

h = 1 – (2· 10³ /454,55)^-1 = 0,773.

Таким образом, эффективность очистки по газу составляет 0,773 , не менее.

Расчеты аппаратов