Очистка запыленного газа от каменно-угольной пыли

Очистка запыленного газа от каменно-угольной пыли

Содержание

Задание

Список сокращений и обозначений

Введение

. Литературный обзор

.1 Методы очистки пылевоздушных выбросов

.1.1 Пылеосадительная камера

.1.2 Инерционные пылеуловители

.1.3 Центробежные пылеуловители

.1.4 Очистка газов фильтровальными перегородками

.2 Физико-химические свойства веществ и их состав

. Обоснование и выбор места строительства

. Технологическая часть

.1 Расчет и подбор основного оборудования

.1.1 Расчет циклона

.2 Расчет и подбор вспомогательного оборудования

.2.1 Расчет калорифера

.2.2 Расчет фильтра

.3 Расчет материального баланса

.3.1 Материальный баланс калорифера

.3.2 Материальный баланс циклона

.3.3 Материальный баланс фильтра

.4 Описание технологической схемы

. Мероприятия по обеспечению санитарных норм выбросов

.1 Расчет высоты трубы и рассеивания

Выводы

Список использованной литературы

Задание

. Рассчитать и подобрать оборудование для очистки запыленного газа от каменно-угольной пыли.

. Разработать технологическую схему очистки.

. Разработать мероприятия по обеспечению санитарных норм выбросов.

Исходные данные:

Вид пыли - каменно-угольная

Расход газовой смеси  м³/ч

Начальная концентрация пыли в газе У_н= 3 г/м³

Температура газа Т_г = 18 ⁰С

Справочные данные:

Плотность частиц пыли = 2000 кг/м³

Плотность газа = 1.29 кг/м³

Коэффициент динамической вязкости - 0.019*10^-3 Па/с

Степень пыледисперсности пыли

Список сокращений и обозначений

СОЖ - смазочно-охлаждающая жидкость

% масс. - массовые проценты

% об. - объемные проценты

ПДК - предельно-допустимая концентрация

ПДВ - предельно-допустимый выброс

Введение

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической промышленности, в ряде цехов машиностроительных заводов, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух. Активным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, в первую очередь, автомобильный.

Газовые загрязнения, как и аэрозольные, загрязняя атмосферный воздух, значительно ухудшают его качество, а в ряде случаев делают его непригодным для нахождения в нем людей.

Санитарные нормы ограничивают концентрацию вредных паров и газов в воздухе населенных пунктов, однако эти требования не всегда соблюдаются. Это наносит значительный ущерб здоровью людей, проживающих в местностях, подверженных воздействию вредных газов и паров, ведению сельского хозяйства в данном районе, организации отдыха людей, приводит к повреждению архитектурных сооружений, памятников истории культуры и т.д.

Радикальным решением для защиты важнейшего элемента окружающей среды - атмосферного воздуха является создание и внедрение безотходных технологических процессов, т. е. таких, при которых все отходы производства не выбрасываются в окружающую среду, а используются для полезных целей.

Методы очистки принимают в зависимости от физико-химических свойств загрязняющего вещества, его агрегатного состояния, концентрации в очищаемой среде и др.

Под обезвреживанием газовых выбросов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих примесей.

Дисперсные загрязнители в отличие от газообразных фиксируются в атмосфере визуально уже при небольших концентрациях. Поэтому отсутствие шлейфа взвешенных частиц и прозрачность выброса являются простейшими критериями его чистоты.

Полвека назад подобное решение проблемы защиты воздушного бассейна казалось вполне состоятельным. Трагический опыт катастроф последних десятилетий на химических и радионуклидных производствах показал, что в самом прозрачном выбросе может таиться смертельная угроза. Однако этот опыт пока не нашел должного отражения в технической литературе и практике проектирования.

Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества.

Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и химические процессы, для осуществления которых требуются определенные условия. Расчеты процессов и аппаратов пылегазоочистки при их проектировании должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих максимально полное обезвреживание выбросов.

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. В основе сухих методов лежат гравитационные, инерционные, центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. При использовании мокрых методов очистка газовых выбросов осуществляется путем тесного взаимодействия между жидкостью и запыленным газом на поверхности газовых пузырей или жидкой пленки.

Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа электрическим разрядом и электризации взвешенных в газе частиц.

При обработке выбросов, содержащих твердые аэрозольные загрязнители, низких величин проскока (1...2% и менее) можно достичь, как правило, только двухступенчатой очисткой. Для предварительной очистки могут быть применены жалюзийные решетки и циклонные аппараты (иногда для небольших выбросов - пылеосадительные камеры), а для окончательной - пористые фильтры, электрофильтры или мокрые пылеосадители.

Мокрые способы очистки твердых и жидких аэрозолей имеют существенный недостаток - необходимость отделения уловленного загрязнителя от улавливающей жидкости. По этой причине мокрые способы следует применять только при отсутствии других методов очистки, отдавая предпочтение способам с минимальным расходом жидкости.

Невозможно указать точные границы применимости тех или иных физических и химических процессов к какому-либо из принципов обезвреживания выбросов или строго соотнести их с определенными агрегатными состояниями загрязнителей. Так, процессы гравитационного и инерционного осаждения дисперсной части выбросов могут быть использованы и для отделения газов с высокой плотностью, например, галогенидов тяжелых металлов. В то же время процессы охлаждения и конденсации, широко используемые для газоразделения, применяются и для укрупнения субмикронных конденсационных аэрозолей.

Неограниченный рост ассортимента и объема производимой в современном мире продукции ведет к усложнению и удорожанию технологий обработки отходов. Можно предполагать, что уже в ближайшем будущем станут вполне приемлемыми по затратам методы, используемые сегодня в малотоннажных производствах - газоразделение посредством хроматографирования на молекулярных ситах, центрифугирования тяжелых компонентов, термодиффузии, обезвреживание загрязнителей плазменной деструкцией [1].

1. Литературный обзор

.1 Методы очистки пылевоздушных выбросов

пылевоздушный выброс очистка

В основу действия пылеулавливающих и сепарационных устройств положен определенный физический механизм. В пылеуловителях и сепарационных устройствах находят применение следующие способы отделения взвешенных частиц от взвешивающей среды, т. е. воздуха (газа): осаждение в гравитационном поле, осаждение под действием сил инерции, осаждение в центробежном поле, фильтрование, осаждение в электрическом поле, мокрая газоочистка и др.

Гравитационное осаждение. Частицы аэрозоля осаждаются из потока загрязненного газа (воздуха) под действием силы тяжести. Для этого необходимо создать соответствующий режим движения загрязненного газа в аппарате с учетом размера частиц, их плотности и т. д.

Инерционное осаждение. Инерционное осаждение основано на том, что частицы аэрозоля и взвешивающая среда в виду значительной разности плотностей обладают различной инерцией. Частицы аэрозоля, двигаясь по инерции, отделяются от газовой среды.

Осаждение под действием центробежной силы. Происходит при криволинейном движении пылегазового потока. Под действием возникающих центробежных сил частицы аэрозоля отбрасываются на периферию аппарата и осаждаются.

Эффект зацепления при фильтровании. Частицы аэрозоля, взвешенные в воздушной (газовой) среде, задерживаются в узких извилистых каналах и порах при прохождении аэрозольного потока через фильтровальные материалы.

Осаждение в электрическом поле. Проходя электрическое поле, частицы аэрозоля получают заряд. Двигаясь к электродам противоположного знака, они осаждаются на них.

Мокрая газоочистка. Смачивание поверхности элементов аппаратов водой или другой жидкостью способствует задержанию частиц на данной поверхности.

В практике пылеулавливания и сепарации аэрозольных частиц находят применение и другие методы: термофорез, фотофорез, укрупнение частиц в акустическом поле, воздействие магнитного поля, биологическая очистка и др.

В пылеулавливающих и сепарационных устройствах, наряду с основным механизмом улавливания, обычно используются и другие закономерности.

Благодаря этому общая и фракционная эффективность аппарата достигает более высокого уровня [1].

Отходящие газы промышленности, содержащие взвешенные твердые частицы, представляют собой двухфазные системы: сплошной фазой являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости. Такие аэродисперсные системы подразделяются на пыли, дымы и туманы.

Пыли содержат твердые частицы размером 5-50 мкм, а дымы - 0.1-5 мкм.

Туманы состоят из капелек жидкости размером 0.3-5 мкм и образуются при конденсации паров или при распылении жидкости в газе.

Методы очистки промышленных газов от взвешенных частиц могут быть объединены в четыре основных группы: сухие механические, мокрые, электрические и фильтрация газа через пористые перегородки.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объемов и температуры газов, содержащихся примесей, влажности, дисперсного состава, требуемой степени очистки, возможности использования продуктов рекуперации и др. Окончательный выбор метода осуществляется на основании результатов технико-экономических расчетов [2].

Сухое механическое пылеулавливание

Наиболее простым методом выделения твердых частиц из газового потока является их осаждение под действием сил тяжести. Сухие механические пылеуловители можно разделить на три группы:

пылеосадительные камеры, работа которых основана на действии гравитационной силы;

инерционные пылеуловители, принцип действия которых основан на действии сил инерции;

циклоны, принцип которых основан на действии центробежных сил.

К числу основных достоинств сухих пылеуловителей следует отнести: простоту конструкции и безотказность работы в широком диапазоне температур; в пылеуловителях первых двух групп обеспечивается возможность очистки химически активных газов. Кроме того, очистка данными пылеуловителями позволяет извлекать из газов чистые продукты - пыли в сухом виде, а жидкости - в неразбавленном состоянии. Такие устройства применяют в основном для первичной или предварительной очистки из-за низкой эффективности.

.1.1 Пылеосадительная камера

Она представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками короб, в нижней части которого располагается приемный бункер для сбора пыли.

Скорость газа в пылеосадительных камерах составляет 0.2-1.5 м/с, гидравлическое сопротивление - 50-150 Па. Такие камеры пригодны для улавливания крупных частиц размером 50 мкм. Степень очистки в таких устройствах не превышает 40-50 % [3].

При одной и той же скорости газа в плоских небольшой высоты пылеосадительных камерах эффективность очистки от твердых взвешенных частиц выше. Для чего данные устройства разделяют по высоте горизонтальными полками, а для лучшего удаления осажденной пыли полки делают поворотными или наклонными, с которых частицы удаляются стряхиванием.

.1.2 Инерционные пылеуловители

Эффективность обеспыливания пылеосадительной камеры может быть увеличена, а габариты уменьшены, если частицам в добавлении к эффекту гравитационного осаждения будет придан дополнительный эффект инерционной составляющей.

При резком изменении направления движения газопылевого потока частиц под воздействием инерционной силы, стремясь сохранить траекторию своего движения, оседают в приемный бункер. Скорость газа по сечению камеры составляет около 1 м/с. В таких устройствах для частиц пыли размером 25-30 мкм степень улавливания достигает 68-80 %. Данные аппараты применяются на предприятиях черной и цветной металлургии. Их гидравлическое сопротивление составляет 150-390 Па [2,3].

.1.3 Центробежные пылеуловители

Пылеуловители, в которых частицы удаляются из закрученного потока под действием центробежных сил, называют циклонами. Это наиболее распространенный тип обеспылевающего оборудования. Они просты по конструкции, не имеют движущихся частей, могут изготавливаться из различных материалов, в том числе из огнеупорных, что существенно расширяет круг их применения.

Центробежная сила, действующая на частицу во вращающемся газовом потоке, значительно выше гравитационной, поэтому циклоны эффективны для удаления частиц, гораздо меньших размеров до 5-10 мкм. К числу достоинств циклона следует отнести:

простоту конструкции и ее изготовления;

надежность эксплуатации при температурах до 500 ⁰С (для работы при более высоких температурах циклоны выполняют из специальных материалов);

возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренней поверхности специальными покрытиями;

улавливание пыли в сухом виде;

стабильную эффективность при высоких давлениях;

устойчивую эффективность очистки при увеличении запыленности газа.

Недостатками данных устройств являются более высокое гидравлическое сопротивление 1200-1500 Па, низкая эффективность очистки для частиц размером менее 5мкм, сложность использования для очистки газов от липких загрязнений [2].

По способу ввода запыленного газа в аппарат циклоны подразделяются на циклоны со спиральным, тангенциальным, винтообразным и осевым подводом.

Циклоны с осевым вводом работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него. Рассматриваемые аппараты отличаются меньшим гидравлическим сопротивлением и низкой эффективностью очистки. С точки зрения аэродинамики предпочтительнее подача газов по спирали.

Циклоны, в которых вращающийся поток газа не изменяет направление своего движения относительно оси аппарата, называются прямоточными. Из-за их малой по сравнению с возвратно-поточными циклонами эффективности и меньшим гидравлическим сопротивлением они применяются в качестве первой степени очистки.

Разновидностью прямоточного циклона является вихревой циклон. Они имеют в 3-4 раза большие энергозатраты по сравнению с обычными циклонами, при этом степень очистки сравнима с электрофильтрами.

На практике наибольшее распространение получили циклоны с изменяющимся направлением потока газов, называемые возвратно-поточными или противоточными циклонами.

Среди противоточных применяются циклон следующих типов: НИИОГАЗ, ЦКТИ, ЛИОТ, СИОТ цилиндрического и спирально-конического исполнений [3,4].

К цилиндрическим циклонам относятся циклоны типа ЦН. Особенностью аппаратов данного типа является удлиненная цилиндрическая часть корпуса. Крышка и входной патрубок расположены под углом 15 и 24⁰.

К коническим циклонам относятся аппараты типа СДК, СК-ЦН и другие. Эти циклоны отличаются от аппаратов типа ЦН длиной конической части корпуса и наличием спирального входного патрубка, малым отношением диаметров выхлопной трубы и корпуса. Так, циклон СК-ЦН-34М используется для улова пыли с высокими абразивными свойствами и высокой слипаемостью. Однако данное устройство характеризуется более высокими потерями давления по сравнению с другими аппаратами [3,6].

Цилиндрические циклоны относятся к аппаратам с высокой производительностью, а конические - с высокой эффективностью. Диаметр цилиндрических циклонов обычно не превышает 2 м, а диаметр цилиндрической части конических циклонов около 3 м.

При очистке больших объемов газовых потоков для достижения высокой степени очистки устанавливают группу циклонов относительно небольшого диаметра - это батарейные циклоны.

Батарейный циклон представляет собой аппарат, составленный из большого числа циклонных элементов малого диаметра, объединенных в одном корпусе, имеющих общие подвод и отвод газа, а также общий приемный бункер для сбора пыли.

В отличие от других типов в батарейных циклонах газовый поток приобретает вращательное движение, необходимое для выделения пыли не подводом потока газа по касательной, а с помощью специальных направляющих устройств в винта или розетки, имеющихся в каждом циклонном элементе. Размеры данного циклона значительно меньше, чем у обычных такой же производительности.

Батарейные циклоны состоят из обычных и прямоточных циклонных элементов, обладают меньшей эффективностью и используются для предварительной очистки. Рассматриваемые аппараты целесообразно устанавливать только в тех случаях, когда улавливаемая пыль обладает хорошей сыпучестью, несмачиваемостью, в противном случае элементы забиваются пылью.

При меньших объемах очищаемого газа целесообразнее устанавливать группу циклонов, при этом обеспечивается меньшая степень очистки, чем у мультициклонов, что связано с недостаточной скоростью газа на входе закручивающего устройства.

Мультициклоны применяются для очистки технологических газов и воздуха сушильных установок в системах аспирации обогатительных фабрик и предприятий химической промышленности [2].

.1.4 Очистка газов фильтровальными перегородками

В основе данного процесса лежит фильтрация запыленного газа через пористую перегородку, при этом взвешенные в газе частицы задерживаются в порах или на поверхности фильтрующего материала.

Фильтрующие перегородки подразделяются на следующие типы:

гибкие пористые перегородки из природных, синтетических и минеральных волокон(тканевые материалы); нетканых волокнистых материалов(войлок, картон, бумага); пористых листовых материалов(губчатая резина и др.);

полужесткие пористые перегородки (стружка, сетка, слои из волокон);

жесткие пористые перегородки из зернистых материалов (слои гравия, кокса); металлические сетки, перфорированные листы.

Выбор фильтровальной перегородки обусловлен рядом факторов: химическими свойствами фильтруемого газа, температурой, влажностью, размерами взвешенных частиц, объемным расходом очищаемых газов, запыленностью, гидравлическим сопротивлением перегородки, сроком ее службы и др. [2,3].

При прохождении запыленного газа через пористую перегородку происходит задержание частиц примесей на ее поверхности.

По типу структуры пористого слоя различают тканевые, волокнистые и зернистые фильтры.

Тканевые фильтры

Наибольшее распространение получил рукавный фильтр. К тканям предъявляются следующие требования:

высокая пылеёмкость и способность удерживать после регенерации определенное количество пыли, достаточное для обеспечения высокой эффективности очистки;

высокая воздухопроницаемость в равновесно-запыленном состоянии;

высокая механическая плотность и стойкость к истиранию при многократных регенерациях, повышенной температуре и агрессивном воздействии со стороны примесей;

способность к регенерации;

низкая стоимость;

низкое аэродинамическое сопротивление.

Важным условием работы рукавных фильтров является поддержание температуры очищенных газов.

Фильтры Петрянова

Эти фильтры из ультратонких перхлорвиниловых волокон несут на поверхности высокие заряды, которые и обеспечивают наилучшую эффективность очистки.

Зернистые фильтры

Для очистки газов данные фильтры применяются редко. Достоинствами таких фильтров является широкий диапазон температур, доступность материала для перегородки, стойкость в агрессивных средах, способность выдерживать значительные механические нагрузки, перепады давления и температуры [2].

.2 Физико-химические свойства веществ и их состав

Абразивно-металлическая пыль в основном образуется при механической обработке металлов, к которой можно отнести процессы резания, и абразивной обработки, которые, в свою очередь, включают процессы точения, фрезерования, сверления, шлифования, полирования и др.

Характерной особенностью процессов механической обработки является образование отходов в виде твердых частиц (промышленной пыли), а в случае применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) - аэрозолей масла и эмульсола.

Источником образования и выделения загрязняющих атмосферу веществ являются различные металлорежущие и абразивные станки.

Интенсивность образования загрязнителей зависит в частности от следующих факторов:

вида обрабатываемого материала;

режима обработки;

производительности и мощности оборудования;

геометрических параметров инструмента и обрабатываемых изделий;

от расхода СОЖ.

Наибольшим пылевыделением сопровождаются процессы абразивной обработки металлов: зачистка, полирование, шлифование и др. Образующаяся при этом пыль на 30-40% по массе представляет материал абразивного круга и на 60-70% - материал обрабатываемого изделия. Интенсивность пылевыделения при этих видах обработки связана, в первую очередь, с величиной абразивного инструмента и некоторых технологических параметров резания. При обработке войлочными и матерчатыми кругами образуется войлочная (шерстяная) или текстильная (хлопковая) пыль с примесью полирующих материалов.

В ряде процессов механической обработки металлов и их сплавов применяют СОЖ, которые в зависимости от физико-химических свойств основной фазы подразделяются на водные, масляные и специальные. Применение СОЖ сопровождается образованием тонкодисперсного масляного аэрозоля и продуктов его термического разложения.

Применение СОЖ снижает выделение пыли до минимальных значений, однако в процессах шлифования изделий количество выделяющейся совместно с аэрозолями СОЖ металлоабразивной пыли остается значительным.

Состав пыли абразивной аналогичен составу материала, применяемого шлифовального круга. Состав пыли металлической аналогичен составу обрабатываемых материалов [1].

2. Обоснование и выбор места строительства

На основании изучения и анализа литературных данных с целью защиты окружающей среды от промышленных выбросов сделан вывод о том, что процесс очистки газа от абразивно-металлической пыли целесообразнее проводить на открытой площадке непосредственно рядом с основным производством по направлению розы ветров. Фундамент площадки, на котором находятся устройства очистки отходящих газов от запыленности, изготавливается из железобетонных блоков, положенных на песчаную подушку. Перед закладкой фундамента грунт предварительно уплотняется. На грунт кладется гравий, на который затем укладывается асфальт [3].

Необходимо учитывать изменение температурного режима окружающей среды, т.к. возможна конденсация влаги в газоходах и технологическом оборудовании. В газоходах она исключается применением теплоизоляции, а в аппаратах предлагается нагревать отходящие газы до температуры выше точки росы на 15-30⁰С [7]. С целью обеспечения нормальной эксплуатации оборудования и проведения работ на площадке должны быть ливневые канализации, фундамент имеет отмостку (уклон 10) для исключения долговременного контакта установленного оборудования с водой, образующейся после осадков, с целью защиты его от коррозии. Также при выборе места строительства должно быть учтено наличие энергетических ресурсов и транспортных магистралей.

3. Технико-технологические расчеты

.1 Расчет и подбор основного оборудования

.1.1 Расчет циклона

Расчет циклонов проводится методом последовательных приближений [2,3].

ЦН-24

1 Определяем необходимую площадь сечения циклона:

м²

м³/ч

2 Определяем диаметр циклона, задавшись числом циклонов N:

м

Диаметр циклона определяем до ближайшей величины по ГОСТ 9617-76: D_ст = 1 м.

3 Вычисляем действительную скорость газа в циклоне:

м/с

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15% от оптимальной скорости:

Проводим аналогичный расчет для следующих типов циклонов:

ЦН-15У, ЦН-15, ЦН-11

1 м²

м_ст = 12 м

м/с

СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34М

м²

2 м_ст = 16 м

м/с

СК-ЦН-34

м²

м_ст = 18 м

м/с

ЦН-15У

1 Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона:

,

= 165 - коэффициент гидравлического сопротивления;

 = 1 - поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона;

 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа:

- коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компановкой циклонов в группу (для одиночных циклонов = 0).

2 Определяем потери давления в циклоне:

Па

3 Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50% при рабочих условиях (диаметр циклона, скорость потока, плотность частиц, динамическая вязкость газа):

мкм

4 Определяем параметр Х:

5 Определяем функцию распределения Ф(х) и полный коэффициент очистки газа по формуле:

Проводим аналогичный расчет для других циклонов.

ЦН-15

1 = 1                = 0,951             = 0          = 155

Па

мкм

ЦН-11

= 1          = 0,972             = 0          = 245

Па

мкм

СДК-ЦН-33

= 1          = 0,867             = 0          = 520

Па

мкм

СК-ЦН-34М

= 1          = 0,993             = 0          = 2500

Па

мкм

СК-ЦН-34

= 1          = 0,986             = 0          = 1050

Па

мкм

Сводная таблица

Для окончательного выбора марки циклона результаты расчета приведем в виде гистограммы.

Гистограмма 1. Зависимость типа циклона от степени очистки

Гистограмма 2. Зависимость типа циклона от потери давления в циклоне

Сравнив степени очистки, рассчитанных типов циклонов, по гистограмме 1, наиболее подходящими являются циклоны типа СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34М и СК-ЦН-34, так как они обладают наибольшей эффективностью очистки и даже превышающей требуемую эффективность.

Проанализировав гистограмму 2 видно, что наибольшим сопротивлением среди рассчитанных циклонов обладает циклон СК-ЦН-34М. Наличие высокого гидравлического сопротивления отрицательно воздействует на проведение процесса очистки и влечет большие энергетические и экономические затраты.

Таким образом, сравнив гистограммы 1 и 2, можно заключить, что наиболее оптимальным по всем параметрам (степень очистки, гидравлическое сопротивление) является циклон типа СК-ЦН-34, потому что его эффективность очистки (83,66 %) удовлетворяет заданной.

3.2 Расчет и подбор вспомогательного оборудования

.2.1 Расчет калорифера

С целью исключения возможности конденсации газа, его необходимо нагреть выше точки росы на 25-30⁰С [8].

По заданным параметрам воздуха и воды определяем температурный критерий:

,

где t_к - конечная температура нагретого воздуха (40⁰С);_н - начальная температура нагреваемого воздуха (18⁰С);

Т_n - температура воды (70⁰С).

Так как значение М=0.647 близко к 0.5, принимаем однорядную установку калориферов.

По графику [8] определяем количество подогреваемого воздуха 1 м² калорифера: g=135 кГ/ч.

Определяем необходимую поверхность нагрева калориферной установки:

 м²,

где G - количество нагреваемого воздуха в кГ/ч:

,

где V - объем газа, поступающего в калорифер, м³/ч: V=15989 м³/ч[материальный баланс калорифера].

=15989*1.29=20625.8 кг/ч

 м²

Выбираем калорифер СТД-3010-Б10, имеющий поверхность нагрева F=46.8 м². Принимаем к установке n=191/46.84 калорифера параллельно потоку воздуха.

6    Определяем весовую скорость воздуха для принятой установки калориферов, кг/м²с:

,

где f - живое сечение проходу воздуха одного калорифера, м [8].

         Определяем сопротивление проходу воздуха через однорядную калориферную установку при  кГ/м²с: Н=1 кГ/м².

         Определяем коэффициент теплопередачи, ккал/м³*ч*град:

,

где  - скорость движения теплоносителя по трубам, м/с. Принимаем 0.2 м/с [8].

К = 11.2*2.93^0.481*0.2^0.0645 = 16.93

Принимаем четыре калорифера СТД-3010-Б10 при параллельной установке по воздуху в один ряд.

.2.2 Расчет фильтра

Методика расчета основана на методике расчетов рукавных фильтров, представленной в [7].

Определяем удельную газовую нагрузку:

= q_Н*С₁*С₂*С₃*С₄*С₅,

где q_H - нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации;

С₁ - коэффициент, характеризующий особенность регенерации фильтровальных элементов;

С₂ - коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку;

С₃ - коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе;

С₄ - коэффициент, учитывающий влияние температуры газа;

С₅ - коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.= 1.7*1*1.1*0.9*0.885*0.97 = 1.44 м³/(м²*мин)

Фильтрующая поверхность аппарата или группы аппаратов определяется из выражения:

,

где V_П - объем газа, поступающего на очистку, м³/ч;_P - объем газа или воздуха, расходуемого на обратную продувку, м³/ч;- удельная газовая нагрузка при фильтровании, м³/(м²*мин);_P - фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерации в течение 1 ч, м².

 м²

Для фильтров с импульсной продувкой, в связи с кратковременностью процесса регенерации, поверхностью фильтра, выключаемой на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку, можно пренебречь.

По каталогу для приведенных условий выбираем фильтр ФРКИ-180 с фактической поверхностью фильтрования 180 м². Некоторое уменьшение поверхности допустимо до тех пор, пока не будет превышена допустимая удельная газовая нагрузка для фильтров данного типа - 1.6 м³/(м²*мин).

Гидравлическое сопротивление рукавных фильтров складывается из сопротивлений корпуса аппарата и сопротивления фильтровальной перегородки:

 Па

Задавшись временем цикла фильтрования (1 час), гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки за счет осевшей на перегородку пыли:

 Па

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки:

Па

Гидравлическое сопротивление фильтра в целом:

 Па

Согласно приведенному расчету и литературным данным [7] выбран фильтр ФРКИ-180, ткань - лавсан типа Л-4 артикул 216 (ТУ 17 РСФСР-8174-75). Фильтр имеет общую фильтрующую поверхность 180 м² с двумя независимыми секциями. Гидравлическое сопротивление 550 Па. Наибольший расход сжатого воздуха 20 м³/ч. Регенерация осуществляется импульсами сжатого воздуха. Длительность импульсов - 0.1-0.2 с. Перед фильтром устанавливаем металлическую сетку марки С200. Материал сетки 12Х18Н10Т.

3.3 Расчет материального баланса

.3.1 Материальный баланс калорифера

Горячая оборотная вода Отработанная оборотная вода

Запыленный газ                КАЛОРИФЕР Нагретый запыленный газ

Рисунок 3.3.1 Схема материального баланса калорифера

1        Исходный объем газовой смеси подается при температуре 18⁰С:

 м³/ч

Плотность газа при температуре 18⁰С:

 кг/м³

Состав газовой смеси на входе в калорифер:

 кг/ч

4        Плотность газа при температуре 45⁰С:

 кг/ч

5        Состав газовой смеси после нагревания до 45⁰С:

 м³/ч

 м³/ч

6        Общий расход воды при средней температуре теплоносителя(67.5⁰С):

 [9],

где W - расход тепла на нагрев воздуха, ккал/ч;

 ккал/ч

 м³/ч

Общий приход воды:

 м³/ч

 кг/ч

8        Общий расход воды:

 м³/ч

 кг/ч

Таблица 3.3.1 - Сводная таблица материального баланса калорифера

3.3.2 Материальный баланс циклона

Газ из фильтра Газ после очистки

Запыленный газ                ЦИКЛОН Уловленная пыль

Рисунок 3.3.2 - Схема материального баланса циклона

1 Исходный объем газовой смеси при заданной температуре 45⁰С

 м³/ч (смотри материальный баланс калорифера)

2        Концентрация частиц пыли при рабочем объеме газа:

 кг/м³

Плотность газовоздушной смеси при температуре 45⁰С [9]:

 кг/м³

Состав исходной газовой смеси:

 м³/ч

 кг/ч

 м³/ч

 кг/ч

Состав газов после очистки:

 м³/ч

 кг/ч

 м³/ч

 кг/ч

 м³/ч

 кг/ч

Таблица 3.3.2 - Сводная таблица материального баланса циклона

.3.3 Материальный баланс фильтра

Очищенный газ

Запыленный газ                                                    

Фильтрование                    Осевшая пыль

Продувочный газ                                                 

Регенерация Продувочный газ после реген.

Рисунок 3.3.3 - Схема материального баланса фильтра

Состав газовой смеси на входе в фильтр (смотри материальный баланс циклона):

 м³/ч

 кг/ч

 м³/ч

 кг/ч

Состав газовой смеси после фильтрования:

 м³/ч

 кг/ч

  м³/ч

 кг/ч

Таблица 3.3.3 - Сводная таблица материального баланса фильтра

3.4 Описание технологической схемы производства

Запыленная газо-воздушная смесь объемом 15000 м/ч, при концентрации абразивно-металлической пыли 2.5 мг/м, поступает в калорифер СТД-3010-Б10 (1), где нагревается до температуры 45⁰С с целью исключения его дальнейшей конденсации.

Нагретая газо-воздушная смесь после калорифера по теплоизолированному проводу поступает в циклонный аппарат марки СК-ЦН-34 (2), в котором происходит первичное отделение газо-воздушной смеси от абразивно-металлической пыли. Циклон обеспечивает эффективность очистки 82.66 % при небольшом гидравлическом сопротивлении 1796 Па. Рабочая скорость газа в циклоне составляет 2 м/с.

Далее очищенная газо-воздушная смесь по трубопроводу поступает на вторую ступень очистки в один из рукавов фильтров марки ФРКИ-180 (3), где происходит окончательная очистка газо-воздушной смеси до концентрации взвеси 0.04 мг/м³ (эффективность очистки 99.52%), что соответствует требованиям санитарно-гигиенических норм.

После тонкой очистки в фильтре очищенная газо-воздушная смесь вентилятором (4) через трубу (5) высотой 20 метров выбрасывается в атмосферу. Продувка рукавных фильтров осуществляется импульсами сжатого воздуха. Шлам из циклона и фильтра нагружается в электровагонетки (или тележки) и возвращается на производство, либо используется в качестве компонента для укладки дорожных покрытий.

4. Мероприятия по обеспечению санитарных норм выбросов

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества (мг/м³, мкг/м³) называется такая максимальная его концентрация в атмосферном воздухе, которая не оказывает отрицательного влияния на организм человека в продолжение всей его жизни и на последующие поколения.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ от промышленных предприятий определяется по наибольшей рассчитанной величине приземной концентрации вредных веществ [9].

.1 Расчет высоты трубы и рассеивания

Расчет высоты трубы выброса пыли в атмосферу и рассеивание производится по методике [9].

 = 4.17 м³/с

 = 14,7 м/с

 м

Высота источника выброса, при которой обеспечивается не превышение ПДК вредных веществ, определяется по формуле:

,

где А - коэффициент стратификации (А = 160);

М - количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, г/сек (М = 0,00089);- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (F = 1);

 − разность температур выбрасываемых газообразной смеси и окружающего атмосферного воздуха (= 22);

 − объем газовоздушной смеси.

 м

При комбинированном методе очистки отходящих газов от абразивной металлической пыли концентрация пыли на выходе не превышает допустимой нормы.

Т. к. <100, следовательно, выброс относится к нагретым. Применяем формулу для расчета концентрации:

, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выходов газо-воздушной смеси из устья источника.

 мг/м³

Вывод: рассчитанная максимальная концентрация вредных веществ не превышает ПДК, что удовлетворяет требованиям санитарно-гигиенических норм, следовательно - не наносит ущерба окружающей среде [10].

Выводы

Разработана технологическая схема процесса очистки газов от абразивно-металлической пыли.

Разработано аппаратурное оформление процесса чистки газов от абразивно-металлической пыли.

Степень очистки газов от абразивно-металлической пыли по представленным в работе расчетам составляем 99.98 %. Концентрация абразивно-металлической пыли на выходе:

.04 мг/м³ ≤ ПДК_пыли = ПДВ_пыли = 0.5 мг/м³ [10], что отвечает требованиям по защите окружающей среды.

Получены исходные данные для технико-экономического обоснования проекта.

Список использованной литературы

1 Ветошкин, А.Г. Технология защиты окружающей среды. Учебное пособие/ А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцева. - П., 2004.

Сосновский, В.И. Очистка от взвешенных веществ: учебное пособие/ В.И. Сосновский, С.В. Степанова, А.Б. Ярошевский. - Казань: изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. - 72 с.

Родионов, А. И. Оборудование, сооружение, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов: учебное пособие для вузов/ А. И. Родионов [и др.]. - М.: Химия, 1985. - 352 с.

Коузов, П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности/ П.А. Коузов, А.Д. Малыгин, Г.М. Скрябин - Л: Химия, 1982. - 256 с.

Родионов, А.И. Технологические процессы экологической безопасности / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, В.Г. Систер. - Калуга: изд-во Бочкаревой, 2000. - 800 с.

Родионов, А.И. Техника защиты окружающей среды / А.И. Родионов, В. Н. Клушин, Н.С. Торошечников. - М.: Химия, 1989. - 512 с.

Тимонин, А.С. Инженерно - экологический справочник/ А.С. Тимонин; Моск. гос. ун-т инженер. экологии.- Калуга: изд-во Н. Бочкарёвой, 2003. - 917 с.

Рысин, С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов / С. А. Рысин. - М., 1964. - 520 с.

Фридланд, С.В. Промышленная экология. Основы инженерных расчетов / Н.Р. Стрельцова, Л.В. Ряписова, Р.Н. Зиятдинов. - М.: Колос, 2008. - 176 с.

Беспамятнов, Г.П., Кротов А.Ю. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. - Л.: Химия, 1985 г