Расчет скруббера Вентури

Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха городов вносят выбросы от стационарных источников промышленных предприятий, таких как котельные установки тепловых электростанций, печные агрегаты металлургических предприятий, цехов литья, агрегаты химической промышленности, машиностроения и других видов производств.

Основная мера защиты атмосферы от этих выбросов — использование технических средств очистки выхлопных газов.

Цель расчетно-графической работы — освоить современные методики разработки технических средств и технологических процессов очистки газов на примере скруббера Вентури.

Основные задачи:

  • ознакомиться с методами очистки газовой смеси от загрязняющих веществ;
  • рассчитать параметры дымового газа;
  • произвести расчет скруббера Вентури;
  • рассчитать конструктивные параметры скруббера Вентури;
  • произвести расчет орошающей форсунки;
  • рассчитать регулирующие характеристики трубы Вентури;
  • рассчитать регулирующие характеристики орошающей форсунки;
  • построить графики регулирующих характеристик работы трубы Вентури и орошающей форсунки;
  • осуществить чертеж скруббера Вентури орошающей форсунки.

Раздел 1. Теоретическая часть

Скрубберы Вентури используются для очистки газов от мелкой пыли, их охлаждения и увлажнения. При использовании в качестве химического скруббера скруббер Вентури может использоваться для улавливания газообразных примесей.

Скрубберы Вентури состоят из трубы Вентури и каплевловлювача.

1 -входной патрубок;

2 — конфузор;

3 -орошающее устройство;

4 — горловина;

5 — дифузор;

6 — корпус каплеуловителя;

7 — гидрозатвор;

  • Рис 1. Схема скруббера Вентури 8 — выходной патрубок

Работа скруббера Вентури основана на измельчении воды с помощью турбулентного потока газа, улавливании частиц пыли каплями воды, их последующей коагуляции и осаждении в каплеотделителе инерционного типа.

В каплеуловителе под действием центробежных сил капли жидкости отделяются, оседают на стенке, и жидкость удаляется в виде осадка через гидрозатвор.

Благодаря аэродинамическому сопротивлению капель одновременно с дроблением достигается значительное ускорение, а в конце горловины достигается скорость, очень близкая к скорости потока газа. В диффузоре скорости капель и газа падают. Кроме того, из-за сил инерции скорость капель уменьшается быстрее, чем скорость газа.

15 стр., 7162 слов

Сбор газа. Очистка газа от механических примесей. Абсорбционная ...

... трубопроводах происходит постепенное снижение давления нефти и выделение из нее растворенного газа. Количество газа (м 3 ), приходящееся на 1 т добытой отсепарированной нефти при ... дизельное топливо. Деэтаниэированный конденсат является ценным сырьем для нефтехимических производств. Нефтяные газы по сравнению с природными и газоконденсатными характеризуются повышенным содержанием пропана, бутанов, ...

Процесс очистки более интенсивно проходит в конце конфузоре и вначале горловины, где разница скоростей (щг — щк) является наиболее значительной.

Параметры, которые достигаются в трубе Вентури:

  • степень очистки газов 96 — 99%;
  • максимальная запыленность газа, что очищается — до 100 г/м3;
  • размер частиц пыли, улавливаемая — до 0,2 — 0,1 мкм;
  • скорость газа в горловине 100 — 170 м/с;
  • удельный расход воды 0,5 — 1,5 л/м3;
  • перепад давления на трубе Вентури — до 20 — 30кПа (200 — 2000 мм.рт.ст).

Высокая интенсивность процессов дробления и коагуляции капель, тепломассопереноса между каплями, частицами газа и пыли, нестационарность и неодномерность процесса не позволяет создать надежную теорию для расчета этот аппарат.

Практические расчеты выполнены с использованием методов теории подобия и эмпирических зависимостей.

Конструкции труб Вентури могут различаться:

  • за конфигурацией поперечного сечения: круглые ( при малых объемах

очищаемых газов); щелевые; кольцевые.

При высоких расходах газа используются аккумуляторные конфигурации или скрубберные группы Вентури.

  • по площади поперечного сечения: нерегулируемые; регулируемые.

В промышленности используют две конструкции:

  • а) поворотные заслонки для регулирования целевого пересечения;

б) перемещение вдоль оси обтикателя для регулирования кольцевого сечения

  • по размеру гидравлического давления:

а) высоконапорные ( для очистки газов от субмикронных частиц, ?Р к

30000Па);

  • б) низконапорные (для очистки газов от крупнодисперсной пыли, охлаждения и увлажнения газов, ?Р = 2000 — 5000 Па).

  • по способу подвода жидкости:
  • а) центральное (форсуночное) подвода жидкости в конфузор;
  • б) периферийное орошение в конфузоре или горловине;
  • в) пленочное орошение;
  • г) безфорсунковое орошения (подвода жидкости за счет энергии газового потока).

С аэродинамической точки зрения оптимальной является конструкция трубы Вентури со следующими отношениями размеров ее элементов:

  • угол сужения конфузора б = 25 — 28о;
  • угол раскрытия диффузора в = 6 — 7о;
  • лина горловины lг = 0,15 — 3 dг .

    Раздел 2.

Расчетная часть

2.1 Расчет параметров дымового газа

Сначала рассчитаем вспомогательные параметры: плотность и объемный расход газа.

1) Плотность газов на входе в скруббер (кг/м 3 ):

где Р б — барометрическое давление, Па;

t г1 — температура газа перед трубой Вентури, ?С;

Р г1 — разрежение в газоходе перед трубой Вентури, Па.

Задают заранее 10 4 Па, в дальнейшем уточняют в процессе расчета.

2) Объемный расход газа на входе в трубу Вентури (м 3 /с) определяется по формуле:

6 стр., 2723 слов

Средства измерения расхода и количества вещества

... для измерения расхода квазистационарных потоков, является поляризация измерительных электродов, сопровождающаяся изменением сопротивления датчика, что искажает показания прибора. Для ... области их применения. Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, а также жидкостей с малой ... потока, то есть измеряется уменьшение количества акустической энергии, попадающей на приемник, ...

где G г — массовый расход газа на входе в трубу Вентури, кг/с.

После расчета дополнительных параметров выполняется расчет температуры на выходе из трубы Вентури t г2 .

Дальнейший расчет ведем на основе закона сохранения энергии. В этом случае тепловыделением в окружающую среду через стенки прибора можно пренебречь.

То есть: q 1 = q2 ,

где q 1 — количество тепла, вносимое сухим газом и орошающей водой на входе в трубу Вентури, кДж/с.

Предполагаем, что на газоочистку подается сухой газ, поэтому в расчет q 1 не включаем количество тепла, вносимого с паром;

q 2 — количество тепла, выносимого сухим газом, водой и водяным паром, что содержится в газе, со скрубберами Вентури, кДж/с.

3) Расчет температуры на выходе с трубы Вентури:

;

;

Количество тепла, вносимое сухим газом в скруббер (кДж/с) определяется по формуле:

;

где С рг — теплоемкость дымового газа (близкого по химическому составу к воздуха), кДж/кг град; Срг = 1 кДж/кг град;

G г — массовый расход дымового газа (сухого) на входе в систему очистки, кг/с;

t г1 — температура газа на входе в трубу Вентури, °С.

Количество тепла, вносимого с орошающей водой в скруббер (кДж/с):

;

где С в — теплоемкость воды, подаваемой на орошение в трубу Вентури, кДж/кг град, Св = 4,19 кДж/кг град;

G в1 — расход воды, подаваемой на орошение в трубу Вентури, кг/с.

Принимаем G в1 = Gг .

Дальнейший расчет ведем методом последовательного приближения.

Задаем значение температуры газа на выходе из скруббера t г2 , считая, что парогазожидкостная смесь на выходе из трубы Вентури находится в состоянии термодинамического равновесия.

Рекомендовано предварительно выбрать температуру в диапазоне от 47 до 52°С.

Будем считать, что t г2 = tв2 .

Парциальное давление водяного пара Р парц в зависимости от температуры определяют в соответствии с таблицей 1.1.

Таблица 1.1 — Зависимость парциального давления от температуры газа.

Принимаем, что

Влажность газов (концентрация водяного пара, отнесенная к единице массы сухого газа):

где Р — атмосферное давление газа, Па.

Расход водяного пара, содержащегося на выходе из скруббера (кг/с):

;

Расход воды на выходе из скруббера Вентури определяем из уравнения материального баланса (кг/с):

;

Определяем количество тепла, которое выносится из скруббера с сухим газом (кДж/с):

;

где t г2 — температура газа на выходе из скруббера Вентури, °С.

Количество тепла, выносимого из скруббера с вытекающей водой (кДж/с):

;

где t в2 — температура воды, выходящей из скруббера, °С;

G в2 — расход воды, выходящей из скруббера Вентури, кг/с.

Количество тепла, выносимого из скруббера с водяным паром, содержится в газе (кДж/с):

4 стр., 1875 слов

Скрубберы Вентури

... более крупные. На выходе из скруббера капли жидкости с адсорбированными на них частицами отделяются от потока газа.[2] Изменение скорости газа, капель и давления по длине трубы Вентури показано на ...

;

где і п — энтальпия водяного пара, содержащегося на выходе из скруббера, кДж/кг.

При правильно заданной температуре t г2 значения q1 и q2 отличаются не больше, чем на 5%. Для определения этой разницы рассчитывают размер относительного отклонения:

Поскольку относительное отклонение составляет менее 5%, можно предположить, что температура 48 ° C является оптимальной температурой на выходе из скруббера.

2.2 Расчет скруббера Вентури

Сначала рассчитываем вспомогательные параметры: фактическую плотность газа и объемный расход уходящего газа.

Фактическая плотность влажного газа на выходе из скруббера (кг/м 3 ) определяетсяся по формуле:

где Р б — барометрическое давление, Па;

Р г2 — избыточное давление (разрежение) в газоходе на выходе из скруббера, Па.

В нашем случае значением Р г2 из-за незначительного аэродинамического сопротивления участка газохода от скруббера до выхода из дымовой трубы можно пренебречь, то есть Рг2 = 0 Па.

Объемный расход газа на выходе из скруббера (м 3 /с) определяется по формуле:

Необходимая степень очистки запыленного газа определяется по формуле:

где z 1 — запыленность неочищенного газа, г/м3 ;

z 2 — запыленность очищенного газа (при нормальных условиях), г/м3 .

Суммарная энергия контакта, необходимая для достижения заданной степени очистки, определяем исходя из уравнения степени очистки (Дж/м 3 ):

Таблица 1.2 — Параметры, которые используют для расчета степени очистки при помощи энергетического метода.

Подбираем параметр В и Х в соответствии с видом пыли, в исходных данных указано что образуется пыль мартеновской печи, которая работает на воздушном дутье, следовательно В=1,565*10 -6 , Х=1,619.

Определяем давление жидкости, которая распыляется:

где Н — высота расположения оросительной форсунки над уровнем земли. Принимаем Н в пределах 5-20 м.

Решая уравнение для расчета Кч, рассчитываем гидравлическое сопротивление скруббера (Па) по формуле:

Объемный расход воды определяем по формуле (м 3 /с):

Учитывая, что

скр = ?Ртв + ?Ркапл ,

где ?Р тв — гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па;

капл — гидравлическое сопротивление каплеуловителя,Па.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури равняется:

Гидравлическое сопротивление каплеуловителя определяется по формуле:

где окапл — коэффициент гидравлического сопротивления каплеуловителя (для каплеуловителя малогабаритного прямоточного циклона о капл принимаем равным 18);

щ ап — скорость газа в аппарате (рекомендуется принимать в пределах 4,5 — 5,5 м/с).

Находим скорость газа в горловине трубы Вентури, что обеспечивает ее гидравлическое сопротивление ?Р тв .

Расчет ведут методом последовательного приближения.

Задаем значение скорости газа щг в пределах 50-170 м/с.

Рассчитываем гидравлическое сопротивление трубы Вентури при заданной скорости (Па):

17 стр., 8485 слов

Очистка газов от дуговых сталеплавильных печей

... автоматических дозирующих устройств. В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента. Цель работы: выбрать и рассчитать оборудование для очистки газов, поступающих от дуговых сталеплавильных ... печных трансформаторов. В электрическое оборудование дуговой печи входят производства ремонтных работ на печи. следующие приборы: 1. Воздушный разъединитель, предназначен для отключения всей ...

где ?Р г — доля гидравлического сопротивления, обусловленная движением газов, Па;

в — доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением орошающей жидкости, Па.

где ог — коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури.

Доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением оросительной жидкости, равна:

  • где — отношение длины к диаметру горловины трубы Вентури, задают в пределах от 1,5 до 3;
  • М — число Маха.

где щ зв — скорость звука в газе, м/с;

  • где К — коэффициент адиабаты для воздуха (Па);
  • К = 1,4;
  • Mr — молярная масса воздуха; принимаем Mr = 29.

Доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением оросительной жидкости (Па) определяется по формуле:

с в — плотность оросительной жидкости, кг/м3 ;

где m — удельный расход оросительной жидкости:

о в — коэффициент гидравлического сопротивления, обусловленного введением оросительной жидкости:

Если значение полученного гидравлического сопротивления трубы Вентури при заданной скорости совпадает с ранее найденым, т.е. разница составляет не более 5%, то скорость газа в горловине трубы Вентури подобрана верно.

В результате расчетов была определена разница, которая составляет менее 5%, соответственно скорость в горловине Вентури выбрана правильно.

2.3 Расчет конструктивных параметров скруббера Вентури

Конструктивные параметры трубы Вентури можно определить, пользуясь

расчетной схеме (рисунок1) и следующими соотношениями:

  • скорость газа на входе в конфузор щ к = 15 — 20 м/с;
  • угол сужения конфузору а к = 25 — 28?;
  • скорость газа на выходе из диффузора щд = 15 — 20 м/с;
  • угол раскрытия диффузора а д = 6 — 7?.

Рис.2 Расчетная схема трубы Вентури: 1- конфузор; 2 — горловина; 3 — диффузор;

  • lк , lг , lд — длины соответственно конфузора, горловины и диффузора;
  • dк, dг, dд — диаметры, соответственно, конфузора, горловины и диффузора;

а к /2, ад /2 — половина угла, соответственно, сужение конфузору и раскрытия диффузора.

Диаметр горловины трубы Вентури определяем по формуле (м):

где F г — площадь сечения горловины трубы Вентури, м2 ;

Диаметр конфузора трубы Вентури определяют по формуле (м):

где -площадь сечения конфузора трубы Вентури, м2 ;

  • Диаметр диффузора трубы Вентури определяют по формуле, (м);

где — площадь сечения диффузора трубы Вентури, м2 ;

Длина трубы Вентури определяется по формуле, (м):

lк , lг , lд —

Длину конфузора находим по формуле (м):

Длина горловины l г определяется из ранее заданного соотношения (см. расчет. ог) — отношение длины к диаметру горловины трубы Вентури задают в диапазоне от 1,5 до 3.

24 стр., 11677 слов

Товароведная характеристика труб стальных

... средах в широком диапазоне давлений и температур. Материал труб обладает высоким сопротивлением воздействию коррозионных сред. Основные виды потребляемых стальных труб можно разделить по способу их изготовления на ...

Длину диффузора определяют по формуле, (м):

2.4 Определение конструктивных параметров каплеуловителя

Конструктивные параметры каплеуловителя можно определить, используя расчетною схему (рисунок 2) и следующими соотношениями:

  • Рис.3 Расчетная схема каплеуловителя: 1 — входной патрубок;
  • 2 — выходной патрубок;
  • ? капл — высота каплеуловителя;
  • а, в — габариты входного патрубка;
  • с — расстояние от выходного патрубка до крышки каплеуловителя.

Диаметр каплеуловителя находим по формуле, (м):

где F к — площадь сечения каплеуловителя, м2.

Высоту каплеуловителя определяем по формуле, (м):

Скорость газа во входном патрубке щ вх = 25 м/сек.

Отношение высоты к ширине входного патрубка а/в = 3.

Соотношение площадей входного и выходного патрубков составляет:

Площадь входного патрубка определяем по формуле, (м 2 ):

Площадь выпускной трубы определяется на основе вышеуказанных соотношений площадей трубы.

Диаметр выходного патрубка определяют по формуле (м):

Расстояние между выходным патрубком и верхней крышкой каплеуловителя (м) равна с = 0,1 d капл.

2.5 Расчет оросительной форсунки

В качестве устройства для полива в устройствах влажной очистки газов часто используется тангенциальная насадка, которой присуща простота и надежность эксплуатации.

Ее расчетная схема представленная на рисунке 3.

Рис.4 Расчетная схема форсунки: d с — диаметр сопла; dвх — диаметр входного патрубка; R — эксцентриситет форсунки; D — внутренний диаметр камеры закручивания; lвх — длина входного патрубка; H — высота камеры закручивания; lс — длина сопла; акон — угол конусности на входе в сопло.

Задаем угол раскрытия факела б в интервале 60 — 90?.

С помощью графика (Рисунок 4) определяем геометрическую характеристику форсунки А, коэффициент расхода о и коэффициент заполнения сопла ц.

Рис.5 Зависимость параметров форсунки от геометрической характеристики А

При б=60?: А=0,8; о=0,63; ц=0,75.

Диаметр сопла определяем по формуле, (м):

Скорость вытекания воды из форсунки определяем по формуле,(м/с):

Задаем из конструктивных соображений диаметр входного патрубка d вх .

При этом скорость воды в нем должна находиться в пределах 0,5 — 2,5 м/сек.

Площадь сечения входного патрубка определяют по формуле (м 2 ):

Диаметр входного патрубка определяем по формуле, (м):

Эксцентриситет форсунки определяем по формуле (м):

Внутренний диаметр камеры закручивания определяем по формуле, (м):

Высоту камеры закручивания определяем по формуле, (м):

Длину входного патрубка определяем по формуле (м):

l вх = (2 — 3) dвх =3*0,14=0,42 м.

Длину сопла определяем по формуле (м):

l с = (0,1 — 0,2) dвх =0,1*0,14=0,014 м..

Угол конусности на входе в сопла а кон принимаем в интервале 90 — 120?.

8 стр., 3894 слов

Сборка и испытание форсунок двигателей ТВ3-117 и ВК-2500 методическая разработка

... окружающей датчики, 20 С/с и более. 3.1 Технические характеристики форсунок двигателя ТВ3-117. Модель форсунки Установочный диаметр(мм) Диаметр иглы Число распыливающих отверстий Давление подъема ... 270 Менее 0,5 3.2Конструктивно-компоновочная схема двигателя ТВ3-117: Конструктивно - компоновочная схема двигателя(рисунок 1) включает в себя входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину ...

Принимаем угол конусности равным 100?.

Раздел 3. Графическая часть

3.1 Расчет регулирующих характеристик трубы Вентури

Характеристика трубы Вентури представляет собой зависимость гидравлического сопротивления трубы Вентури ?Р тв и степени очистки газов з от расхода газа Qг1 .

Зависимость гидравлического сопротивления от расхода газа

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури определяют по формуле:

Долю гидравлического сопротивления, обусловленную движением газов, определяем следующим образом:

Долю гидравлического сопротивления, обусловленную введением оросительной жидкости, определяем по формуле:

Поскольку в формулах присутствуют показатели, не зависящие от расхода газа, сделаем следующую замену:

Подставляя полученные коэффициенты в формулу , получаем следующую формулу, (Па):

Рассчитываем гидравлическое сопротивление в трех точках. Имея эти данные, можно построить первую часть графика — зависимость гидравлического сопротивления трубки Вентури от расхода газа.

Для этого:

1) в первой точке: принимаем Q г1(т.1) =0,5Q г1 =0,5*58,03=29,01 м 3

щ г(т.1)= 0,5щ г =0,5*147=73,5 м/с

соответственно формула для расчета гидравлического сопротивления имеет вид:

Qг1(т.2)= Qг1=58,03 м

щг(т.2)= щг=147 м/с

ДРТВ(т.2)= ДРТВ’ =8742,2 Па

Qг1(т.3)=1,5Qг1=1,5*58,03=87,04м

щг(т.3)= 1,5щг=1,5*147=220,5 м/с

соответсвенно формула для расчета гидравлического сопростивления имеет вид:

Зависимость степени очистки от расхода газа

Для того, чтобы построить зависимость степени очистки от расхода газа,

также определяем степень очистки в трех точках.

Для этого:

Qг1(т.2)= Qг *0,5=0,5*58,03=29,01 м

щг(т.2)= щг*0,5=147*0,5=73,5 м/с

Рассчитываем предварительно гидравлическое сопротивление скруббера по формуле:

Рассчитываем степень очистки по формуле:

Qг1(т.2)= Qг1=58,03 м

щг(т.2)= щг=147 м/с

з(т.2) = з=0,98=98%

Qг1(т.3)=1,5Qг1=1,5*58,03=87,04 м

щг(т.3)=1,5щг=1,5*147=220,5 м/с

Рассчитываем предварительно гидравлическое сопротивление скруббера по формуле:

Рассчитываем степень очистки по формуле:

Характеристику строят графически в следующих координатах:

  • ось абсцисс — объемный расход газа;
  • первая ось ординат — значения гидравлического сопротивления трубы Вентури;
  • вторая ось ординат — значения степени очистки газов.

3.2 Расчет регулирующих характеристик оросительной форсунки

Характеристикой оросительной форсунки является зависимость расхода оросительной жидкости Q в1 от перепада давления Рв .

Для построения графика зависимости используем следующую формулу для определение Q в1 , которую получаем из формулы для определения диаметра сопла:

Для построения графика необходимо рассчитать три значения расхода воды

при Р в (т.1) = Рв =500.000 Па,

12 стр., 5978 слов

Мокрая очистка газов

... распыла, но и постоянство расхода газа - второго режимного параметра процесса мокрой очистки, определяющий показатель эффективности. Регулирующее воздействие осуществляется путем изменения расхода . Расход требуется знать также ... мокрой очистки готов: I - корпус трубы Вентури; 2 - форсунки; 3 - регулируемая горловина Движение газового потока в трубе Вентури можно представить как движение газа ...

Р в (т.2) = 0,5 Рв =0,5*500.000=250.000 Па,

Р в (т.3) = 0,25 Рв =0,25*500.000=125.000 Па.

Характеристика строится графически в координатах:

ось абсцисс — перепад давления Р в ,

ось ординат — расход воды Q в1 .

Заключение

По результатам проделанной работы были представлены схема и принцип работы скруббера Вентури, его технические характеристики и оптимальная производительность скруббера.

проведен расчет параметров дыма, подбор температуры, конструктивных параметров трубки Вентури, каплеотделителя, оросительной форсунки.

Рассчитаны регулировочные характеристики трубки Вентури и форсунки.

Выполнены графики по регулирующим характеристикам.

Сделан чертеж схемы скруббера Вентури.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/raschet-skrubbera-venturi/

1. Экология города/Под ред.Стольберга Ф.В.- К.:Либра,2000.-464с.;

2. Очистка газов в химической промышленности, процессы и аппараты/Балабеков М.Ш.-М.: Химия, 1991.-256с.;

3. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ.изд. в 2-х частях. Пер. с англ./Под ред.Калверта С., Инглунда Т.М.: Металлургия, 1988.-706с.;

4. Очистка и рекуперация промышленных выбросов: Уч. пособие для вузов/Под ред.Максимова В.Ф., Вольфа И.В.2-е изд., перераб.-М.: Лесная промышленность, 1981.-640с.;

5. Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи, практичних занять та самостійної роботи з дисципліни ?Інженерні аспекти аероекології? (для студентів 4 курсу денної форми навчання напряму підготовки 6.040106 ?Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування?)/Харк. нац. акад. міськ. гос-ва; уклад.:В. Є. Бєкєтов, О.С. Ломакіна. — Х.: ХНАМГ, 2010 — 59 с.;

6. Конспект лекций «Аппараты мокрой очистки газов» по дисциплине «Инженерные аспекты аэроэкологии» (для студентов 4-го курса дневной формы обучения направление подготовки 6.040106 «Экология, охрана окружающей среды и сбалансированное Природопользование»).Авт. Бекетов В.Е., Ломакина О.С., Коваленко Ю.Л.- Харьков: ХНАГХ, 2006.- 66с.