1 Задание на курсовую работу

Необходимо выполнить конструктивный расчет следующих аппаратов защиты окружающей среды.

Варианты заданий представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Распределение вариантов

№ варианта	аппараты сухой механической очистки запыленных выбросов		аппараты мокрой очистки выбросов	аппараты механической, физико-химической, биологической очистки сточных вод
1	циклон	Фильтр пористый (материал бронза)	скруббер	отстойник горизонтальный
2	циклон	фильтр пористый (материал Ст50ХГ)	скруббер	отстойник горизонтальный
3	циклон	фильтр пористый (материал железо)	—	отстойник горизонтальный, флотатор
4	циклон	электрофильтр	—	песколовка, аэротенк
5	циклон	электрофильтр	—	песколовка, центрифуга
6	циклон	электрофильтр	скруббер	центрифуга
7	циклон	электрофильтр	скруббер	флотатор
8	циклон	электрофильтр	скруббер	флотатор
9	циклон	электрофильтр	скруббер	аэротенок
10	циклон	фильтр пористый (материал бронза)	—	песколовка, флотатор
11		электрофильтр	скруббер	центрифуга, флотатор
12	циклон	фильтр пористый (материал бронза)	скруббер	отстойник горизонтальный
13	циклон	фильтр пористый (материал Ст50ХГ)	скруббер	песколовка
14	циклон	фильтр пористый (материал бронза)	скруббер	отстойник горизонтальный
15	циклон	электрофильтр	скруббер	флотатор
16	циклон	фильтр пористый (материал бронза)		отстойник горизонтальный, флотатор
17	циклон		скруббер	отстойник горизонтальный, центрифуга
18	циклон	фильтр пористый (материал Ст50ХГ	скруббер	флотатор
19	циклон		скруббер	Песколовка, аэротенк
20	циклон	фильтр пористый (материал железо)		отстойник горизонтальный
21	циклон	фильтр пористый (материал бронза)	скруббер	флотатор
22	циклон			горизонтальный отстойник, флотатор, центрифуга
23	циклон		скруббер	песколовка
24	циклон	электрофильтр		Флотатор, центрифуга
25	циклон		скруббер	отстойник горизонтальный, флотатор
26	циклон	электрофильтр	скруббер	Флотатор, центрифуга
27	циклон		скруббер	Песколовка, центрифугв
28	циклон		скруббер	песколовка, аэротенк
29	циклон	электрофильтр		отстойник горизонтальный, аэротенк

 

 

Задание 1- Циклон

Рассчитать газоочистной аппарат (циклон) для разделения взвешенных частиц от газового потока.

В таблице 3 приведены исходные данные:

1. объем очищаемого газа Qм³/с;
2. плотность газа при рабочих условиях p (кг/м³);
3. динамическая вязкость газа при рабочей температуре, μ, Па с;
4. дисперсный состав пыли d₅₀ мкм;
5. , мкм – медианный размер частиц пыли,
6. – стандартное отклонение размеров частиц пыли,
7. – входная концентрация пыли,
8. – плотность частиц пыли,
9. – требуемая эффективность очистки газа.

Исходные данные необходимо взять из таблицы 3 по заданному варианту. Начертить схему циклона по результатам расчета.

 

 

Таблица 3 – Исходные данные к заданию 1

N	Наименование оборудования
1	Клинкерно-обжиговая печь	20	1,29	17,3	23	0,501	30	2000	0,85
2		26	1,29	17,3	20	0,602	10	2000	0,80
3		10	1,29	17,3	14	0,535	25	2000	0,80
4		16	1,29	17,3	9	0.497	20	2000	0.80
5	Шахтная мельница	0.1	1,29	17,3	56	0,97	00	2240	0,80
6	Крекинг-установка	2	1,29	17,3	16	0,250	10	2600	0,85
7		10	1,29	17,3	14	0,250	20	2600	0,85
8	Крекинг-установка	10	1,29	17,3	7	0,301	15	2600	0,85
9	Углесушильный барабан	5	1,29	17,3	15	0,334	50	1350	0.80
10	Шаровая мельница	1	1,29	17,3	6	0.468	20	2900	0,80
11	Вращающаяся цементная печь	10	1,29	17,3	7	0,345	40	2000	0.80
12	Вращающаяся цементная печь	10	1,29	17,3	18	0,652	20	2000	0,85
13	Электролизер алюминия	5	1.29	17,3	10	0,352	1	2700	0,85
14	Вращающаяся печь обжига	2	1,29	17,3	13	0.215	100	2900	0,85
15	Вращающаяся печь обжига	3	1.29	17,3	8	0,506	40	2650	0.80
16	Распылительная сушилка	10	1,29	17,3	8	0,210	4	1800	0.80
17	Барабанная сушилка	10	1,29	17,3	15	0,360	10	1800	0,80
18		12	1,29	17,3	11	0.360	20	1800	0,80
19	Барабанная сушилка	8	1,29	17,3	20	0,352	0	2700	0,85
20	Цементная мельница	5	1,29	17,3	12	0,468	60	2900	0,85
21	Наждачный станок	0,5	1.29	17,3	38	0.214	10	2500	0.85
22	Шаровая мельница	3	1,29	17,3	9	0,385	10	2900	0,80
23	Электролизер алюминия	8	1,29	17,3	10	0.468	2	2700	0.85
24	Наждачный станок	0,6	1,29	17,3	30	0.312	5	2500	0,85
25	Шаровая мельница	2	1,29	17,3	6	0,268	0	2900	0.80
26	Наждачный станок	0,8	1,29	17,3	30	0.314	8	2500	0,85
27	Наждачный станок	10	1,29	17,3	6	0,468	10	2000	0.80
28	Шаровая мельница	12	1,29	17,3	7	0.214	2	2000	0,80
29	Наждачный станок	8	1,29	17,3	18	0,385	15	2240	0.80
30	Барабанная сушилка	5	1,29	17,3	10	0.468	10	2600	0,85

 

 

 

 

Таблица 4 — Соотношение размеров в долях диаметра  для циклонов

Размеры	Тип циклона
Наименование	Обозначение	ЦН-15	ЦН-15У	ЦН-24	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
Внутренний диаметр выхлопной трубы		0,59 для всех типов				0,334	0,340
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия		0,3–0,4 для всех типов				0,334	0,229
Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер)		0,2 для всех типов				0,264	0,214
Ширина входного патрубка на входе (внутренний размер)		0,26 для всех типов				–	–
Длина входного патрубка		0,6 для всех типов				0,6	0,6
Диаметр средней линии циклона		0,8 для всех типов
Высота установки фланца		0,1 для всех типов				0,1	0,1
Угол наклона крышки и входного патрубка циклона						–	–
Внутренний диаметр циклона		–	–	–	–	–	–
Высота входного патрубка (внутренний размер)		0,66	0,66	1,11	0,48	0,535	0,2– 0,3
Высота выхлопной трубы		1,74	1,5	2,11	1,56	–	–
Высота цилиндрической части циклона		2,26	1,51	2,11	2,06	0,55	0,515
Высота конуса циклона		2	1,5	1,75	2,0	3	2,11
Высота внешней части выхлопной трубы		0,3	0,3	0,4	0,3	0,2 – 0,3	0,515
Общая высота циклона		4,56	3,31	4,26	4,38	–	–
Высота заглублений выхлопной трубы		–	–	–	–	0,535	0,515
Радиус улитки входного патрубка		–	–	–	–	*
						1350	1350

 

Задание 2 – Металлический фильтр

Рассчитать параметры пористого металлического фильтра для очистки воздуха от пыли глинозема, при нормальном атмосферном давлении (Р_атм=100 кПа) и температуры воздуха 20 ⁰С. Начальное сопротивление фильтра P_нач=10 кПа. Плотность частиц загрязнителя ρч=3,9∙10³ кг/м³. Пористость осадка По =0,5. Вязкость воздуха при 20 °С: μ=18∙10-6 Па∙с.

Другие исходные данные по вариантам представлены в таблице 3: расход воздуха Q; концентрация пыли в воздухе c_вх; требуемая тонкость очистки d_{то абс}; наибольшее допустимое (конечное) сопротивление фильтра ΔРкон; время непрерывной работы фильтра τ.

Таблица 5 – Исходные данные к заданию 2

№ вар	Q, м3/ч	Свх, мг/м3	dто абс, мкм	ΔРкон кПа	τ, ч	Пористый материал	Форма частиц	П	h, мм
1	150	5	5	20	50	бронза	сфера	0,33	1
2	160	10	4	25	45	Ст50ХГ	сфера	0,25	0,7
3	170	35	10	20	20	железо	тарельчатая	0,38	2
10	180	8	6	20	40	бронза	сфера	0,33	1,2
12	140	10	5	16	40	бронза	сфера	0,31	1
13	145	9	6	20	40	Ст50ХГ	сфера	0,25	0,9
14	149	5	5	20	50	бронза	сфера	0,33	1
16	155	8	6	25	45	бронза	тарельчатая	0,37	1,8
18	168	12	5	28	40	Ст50ХГ	сфера	0,22	0,67
20	190	32	6	23	25	железо	сфера	0,41	2,5
21	165	30	7	25	40	бронза	сфера	0,22	1,9

 

 

 

 

 

 

Задание 3 — Электрофильтр

Рассчитать электрофильтр заданной марки, представленной в таблице 4. Для расчета электрофильтра необходимы следующие исходные данные.

Исходные данные:

— объемный расход газа Q и другие параметры очищаемых газов;

— концентрация и некоторые другие свойства пыли;

— требуемая степень очистки газа.

Таблица 6 – Исходные данные к заданию 3

№ вар	Тип электрофильтра	Н, R, мм	U, кВ	Q, м3/с	Wг м/с	μ∙10-6, Па ∙с	d, мкм	ε	η
1	КТ-9(Тр)	120	25	8	1,1	21.6	1	15	0,95
2	ШМК-4,5(Тр)	110	25	5	1,0	21,5	2	5	0,95
3	УГ (П)	137,5	35	150	0,7	22,2	30	4	0,98
4	ЭГА (П)	150	40	200	1,5	20,1	10	7,5	0,95
5	ЭГТ (П)	130	30	40	0,9	18,8	2	5	0,90
6	УВ (П)	137,5	35	60	1,2	17,5	1	15	0,88
7	ЭГТ (П)	110	30	45	1.2	19,8	2	5,5	0,93
9	УГ (П)	125	40	100	0,7	22,2	27	4	0,97
11	ЭГА (П)	130	40	180	0,9	21,1	11	6	0,96
15	ЭГА (П)	125	30	180	1,4	19,8	9	8	0,97
24	КТ-9(Тр)	130	40	7	1,3	22,3	4	8	0,95
26	ШМК-4,5(Тр)	120	35	6	1,4	21,9	3	12	0,96
29	УГ (П)	140	30	120	0,8	22,8	25	5	0,99

 

Примечание: А – модифицированный; В – вертикальный; Г – горизонтальный; У – унифицированный; Ш – шестигранные электроды; М – мокрый; П – пластинчатый; К – кислотный; Тр – трубчатый; Т –температурный; Э –электрофильтр.

4.2. Задание по расчету аппаратов мокрой очистки газов

 

На втором этапе курсовой работы необходимо научиться выполнять конструктивный расчет аппаратов мокрой очистки.

 

Задание 4 – Скруббер и форсунка

Для расчета скруббера и форсунки необходимы следующие исходные данные:

• расход очищаемого газа Q_газ(м/с);
• скорость потока (м/с);
• требуемая производительность форсунки Q (м³/с);
• перепад давления ∆Pж (Па);
• корневой уголь факела β (град);
• свойства жидкости: плотность жидкости _pж (кг/м³); вязкость µ_ж – (Па∙с) и поверхностное натяжение σ ;
• плотность p_г и вязкость µ_г окружающего газа;
• коэффициент расхода γ.

Исходные данные представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Исходные данные к заданию 4

№ вар	Qгаз, м3/ч	Q, м3/ч	v м/с	∆Pкон ,МПа	γ	β
1	3000	30	0,5	0,5	0,85	60
2	2500	25	0,4	0,4	0,80	65
3	2000	20	0,3	0,3	0,75	70
4	1500	15	0,2	0,2	0,73	75
5	1000	10	0,15	0,15	0,70	80
6	500	5	0,15	0,15	0,65	60
7	2200	22	0,45	0,45	0,67	70
9	1800	30	0,4	0,4	0,7	65
11	1250	25	0,2	0,21	0,70	75
12	2500	25	0,3	0,3	0,8	65
13	2750	28	0,35	0,35	0,79	64
14	3000	30	0,5	0,5	0,85	55
15	2700	28	0,45	0,4	0,78	70
17	3200	32	0,5	0,5	0,87	60
18	2800	20	0,4	0,45	0,82	65
19	2400	18	0,3	0,35	0,77	70
21	1800	20	0,2	0,25	0,74	75
23	1200	13	0,15	0,15	0,71	80
25	750	9	0,18	0,15	0,66	65
26	2450	26	0,45	0,5	0,68	75
27	2550	24	0,35	0,35	0,83	65
28	3200	35	0,56	0,5	0,8	60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет аппаратов очистки сточных вод

5.1 — Задание по расчету аппаратов для механической очистки сточных вод

Задание 5 — Отстойник

Выбрать и произвести технологический расчет отстойника согласно исходным данным Таблица 9.

Таблица 9 – Исходные данные для расчета отстойника

№ вар	Q, м3/ч	с0, мг/м3	dч, мкм	pч,  кг/м3	Отстойник
1	500	1000	50	1500	горизонтальный
2	400	950	45	1550	горизонтальный
3	380	850	35	1650	горизонтальный
12	450	980	45	1550	горизонтальный
14	500	1000	50	1500	горизонтальный
16	750	940	42	1600	горизонтальный
17	550	1000	35	1500	горизонтальный
20	500	1000	48	1700	горизонтальный
22	650	950	46	1650	горизонтальный
25	700	1000	53	1500	горизонтальный
29	780	950	48	1550	горизонтальный

 

Задание 6 — Песколовка

Произвести технологический расчет горизонтальной песколовки согласно исходным данным Таблица 10.

 

 

 

 

 

Таблица 10 – Исходные данные для расчета песколовки

№ вар	Q, м3/ч	N	h1, м	dч, мм	U0 , мм/с
4	500	1	0,7	0,25	24,2
5	400	1	0,5	0,3	29,7
10	480	2	0,7	0,29	24,5
13	450	2	0,75	0,27	30,1
19	650	2	0,55	0,31	24,3
23	700	1	0,6	0,26	24,8
27	350	1	0,65	0,21	24,9
28	580	2	0,75	0,24	28,8

 

Задание 7 — Центрифуга

Выбрать и произвести технологический расчет горизонтальной центрифуги с ножевым съемом осадка согласно исходным данным Таблица 11.

Таблица 11 – Исходные данные для расчета центрифуги

№ вар	Q, м3/ч	с0, мг/л	dч, мкм	pч,  кг/м3
5	100	1200	8,5	2000
6	90	1000	9	2000
11	130	1150	9,2	2150
17	110	1150	7,5	2000
22	95	1180	9,5	2100
24	120	1210	8	2200
26	118	1205	8,4	2400
27	94	1180	7,8	2500

 

 

 

5.2 Задание по расчету аппаратов для физико-химической и биологической очистки сточных вод

 

Задание 8 — Флотатор-отстойник

Произвести технологический расчет флотатора- отстойника согласно исходным данным Таблица 12.

Таблица 12 – Исходные данные для расчета флотатора-отстойника

№ вар	Q, м3/ч	H,м	Hк,м	τобщ , мин	Τк , мин
3	350	3,2	1,3	25	6
7	100	3	1,5	20	5
8	500	3	1,5	20	7
10	420	3,2	1,4	32	9
11	450	3,5	1,8	35	7
15	400	2,8	1,4	30	9
16	600	3,5	1,9	30	8
18	360	2,9	1,37	25	6
21	120	3,1	1,52	20	6
22	530	3,2	1,53	25	7
24	380	2,8	1,45	30	5
25	610	3,6	1,8	25	9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 9 – Аэротенк

Произвести технологический расчет аэротенка согласно исходным данным Таблица 10.

Таблица 13 – Исходные данные для расчета аэротенка

№ вар	Сточные воды производства	Q, м3/ч	L0, мг/л	L1, мг/л	ρ мг/(г*ч)	n2	k1	а, г/л
4	изопрен	800	950	8	16	0,5	0,52	6
9	каучук	700	800	5	14	0,4	0,45	5
19	изопрен	650	750	4,5	18	0,65	0,47	6
28	аммиака	900	870	9	15	0,45	0,51	7
29	аммиака	850	850	8	17	0,6	0,43	5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Методики расчета

 

Задание 1-Расчет циклона

Цель расчета: Приобретение навыков по выбору и расчету циклонов.

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений.

Методика расчета:

Таблица 1 -Параметры, определяющие эффективность циклонов

Параметры	Тип циклона
	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК ЦН-33	СКЦН-34	СК ЦН 34М
ωоп, м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0
, мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	1,13
	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,340

ω_оп – скорость движения газа в циклоне, м/с.

– оптимальный диаметр частиц, осаждаемых с эффективностью 50 %, мкм.

– стандартное отклонение функции распределения парциальных коэффициентов очистки.

Расчет начинают с циклона, для которого диаметр частиц пыли  должен быть ориентировочно в 2 раза больше, чем .

d_м > 2d^т₅₀ ,

где – медианный размер частиц, то есть такой размер, при котором количество частиц крупнее  равно количеству частиц мельче .

Диаметр циклона вычисляется по формуле:

,                                       (1)

где  – количество очищаемого газа, м³/с;

– количество циклонов.

Полученное значение диаметра  округляется до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона  (табл. 2).

При диаметре циклона более 2,0 м увеличиваем количество циклонов. Количество циклонов принимается кратное 2. Типовые значения внутреннего диаметра циклона представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Типовые значения внутреннего диаметра циклона

, м

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

 

По выбранному диаметру циклона находится действительная скорость движения газа в циклоне:

, м/с,                                              (2)

Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на

.

При отклонении более чем 15 % выбирают другой тип циклона.

Параметр  определяют следующим образом.

– диаметр частиц, осаждаемых с эффективностью при рабочих условиях.

Величина  определяется по формуле:

.                                    (3)

Значение соответствует следующим типовым параметрам работы циклона:

С учетом этих значений формула (3) принимает вид:

.     (4)

Полученное значение  должно быть меньше  (заданного). Если это не выполнятся, то необходимо выбрать другой циклон с меньшим значением .

Расчет параметра  определяют по формуле:

,                                        (5)

где– стандартное отклонение функции распределения парциальных коэффициентов очистки (табл. 1);

– стандартное отклонение размеров частиц пыли (параметр из табл. 7).

По величине параметра X определяют значение нормальной функции распределения Ф(Х) – полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях:

.                            (6)

 

Определятся эффективность очистки газа в циклоне (η):

.                                          (7)

Полученное значение сопоставляют с требуемым. Если η окажется меньше требуемого, то необходимо выбрать другой тип циклона с меньшим значением ω_оп и .

Определение коэффициента гидравлического сопротивления циклона:

,                   (8)

где– поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 3);

– поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 4);

– коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром  мм (табл. 5).

Определение поправочного коэффициента  – по таблице 3.

Таблица 3- Определение поправочного коэффициента

Dц, м	ЦН-11	ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24	СДК ЦН-3, СДК ЦН-34, СДК ЦН-34М
0,2	0,95	0,90	1,00
0,3	0,96	0,93	1,00
0,4	0,99	1,00	1,00
≥0,5	1,00	1:00	1,00

Определение поправочного коэффициента  производим по таблице 4.

Таблица 4 — Определение поправочного коэффициента

Тип циклона	Запыленность на входе, (г/м3)
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1,00	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	0,85
ЦН-15	1,00	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15У	1,00	0,93	0,92	0.91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24	1,00	0,95	0,93	0,92	0,90	0,87	0,86
СДК ЦН-33	1,00	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК ЦН-34	1,00	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90
СК ЦН-34М	1,00	0,99	0,97	0,95	–	–	–

Определение коэффициента гидравлического сопротивления  производим по таблице 5.

Таблица 5 — Определение коэффициента гидравлического сопротивления

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15, ЦН-15У	ЦН-11	СДК ЦН-33	СК ЦН-34, СК ЦН-34М
	75	155	245	520	1050

Вычисление гидравлического сопротивления (, Па) циклона производят по формуле

,        (9)

где – плотность газа, кг/м³;

– скорость газа в циклоне, м/с.

Расчет мощности привода подачи газа. Величина гидравлического сопротивления и объемный расход ( м³/с) очищаемого газа определяют мощность (, Вт) привода устройства для подачи газа к циклону:

 

,                                           (10)

где – коэффициент запаса мощности ();

 – КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору ();

 –  КПД вентилятора ().

Определение концентрации пыли на выходе из циклона, г/м³:

                                 С_вых = С_вх(1 − 𝜂) .                                  (11)