Ярославский государственный технический университет

Скачать 0.84 Mb.

Название	Ярославский государственный технический университет
страница	2/6
Дата публикации	12.08.2015
Размер	0.84 Mb.
Тип	Курсовой проект

100-bal.ru > Химия > Курсовой проект

1 2 3 4 5 6

Рис. 1. Силы, действующие на частицу при осаждении

в поле силы тяжести.
Силы: G_T – тяжести, А – Архимеда, R_c – сопротивления.

Баланс сил:

G_T – A = R_c /14/

Или

/14а/
где ξ – коэффициент сопротивления.

Откуда скорость осаждения

/15/

Для ламинарного режима:

, d = 2 · r, тогда

/15a/

Уравнение /15а/ представляет собой закон Стокса.

Другая обработка. Умножим обе части уравнения /14а/ на

, левую часть – еще на

Или

;

;
Обозначим

– критерий Архимеда, учитывает влияние выталкивающей силы /силы Архимеда/.

Тогда получим уравнение в общей форме:

Re= f(Ar) /16/

Уравнение /16/ для идеальных условий осаждения шаровой частицы принимает вид:

Ламинарный режим, Ar < 36 /3,6/

/16a/

Переходный режим, 36 < A_r < 83000

Re = 0,152 ·

/16б/

Турбулентный режим, A_r > 83000

Re = 1,74 ·

/16в/
Для реальных условий осаждения учитывает пристеночный эффект, коллективное осаждение и фактор формы частиц.

Осаждение частиц в поле центробежных сил

В поле центробежных сил на частицу массой "m", будет дополнительно действовать центробежная сила, как это показано на рис 2.

Рис. 2. Силы, действующие на частицу при осаждении

в поле центробежных сил.
R – радиус вращения частицы, W_R – окружная скорость, G_ц– центробежная сила, W_ос – скорость осаждения, Ц – центр.

Поле центробежных сил создается при вращении частицы относительно центра "Ц" с радиусом "R". Частица движется по окружности с окружной скоростью "W_R" и в то же время под действием центробежной силы отбрасывается к периферии /осаждается/ со скоростью "W_ос" вдоль радиуса "R". Частица пойдет по спирали /R будет увеличиваться/.

Центробежная сила

/17/

Вводим понятие – фактор разделения – показывает, во сколько раз центробежная сила больше силы тяжести.

/18/

Для определения скорости осаждения, входящей в критерий Re, применяется уравнение

Re= A · (Ar· K_p)ⁿ /19/

Значения констант "А" и "n" для уравнения /19/ принимаются такими же из уравнений /16a, б, в/.

Неоднородные системы в пищевой промышленности имеют очень малый /микронный/ размер частиц. Осаждение таких частиц в поле силы тяжести будет протекать очень медленно по уравнению /16/. Например, осветление вин в бочках может длиться годами /заодно и выдержка/. Поле центробежных сил явилось мощным средством для интенсификации процесса осаждения. Осветление /декантация/ вин /а также растительного масла, соков и др./ в сверхцентрифугах /К_р = 60000/ проводится за несколько секунд.

1/ РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Классификация методов и аппаратуры
Классификация приводится по учебнику /Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 784 с./ и сводится в таблицу 2.
Таблица 2.

Классификация методов и аппаратуры по разделению газовых

неоднородных систем

Метод очистки	Аппаратура
Гравитационная – осаждение частиц под действием силы тяжести.	Пылеосадительная камера
Инерционная – осаждение частиц под действием инерционных и центробежных сил.	1/ Инерционные пылеуловители 2/ Циклоны 3/ Ротационные пылеуловители
Фильтрование – пропускание потока газа через пористую перегородку, способную задерживать частицы пыли.	1/ Рукавные /тканевые/ фильтры 2/ Керамические фильтры 3/ Масляные /висциновые/ фильтры и другие.
Мокрая очистка – улавливание пыли путем ее столкновения с каплями или со свободной поверхностью жидкости.	1/ Скрубберы – полые и насадочные 2/ Струйный скруббер Вентури 3/ Инжекционные скрубберы 4/ Дезинтеграторы 5/ Пенные аппараты и другие.
Электроочистка – улавливание заряженных частиц в электрическом поле.	Электроосадители /электрофильтры/: а/ трубчатые, б/ пластинчатые.
Акустическая – укрупнение частиц пыли с помощью звуковых волн с дальнейшим улавливанием.	Акустические пылеуловители
Комбинированная – сочетание некоторых предыдущих методов очистки в одном аппарате.	Комбинированные пылеуловители

Конструкции некоторых пылеуловителей представлены на рис. 3-19 /данные МХТИ/. Подбор некоторых пылеуловителей /циклон, батарейный циклон, рукавный фильтр, полый скруббер/ не представляет собой сложности и выполняется студентами самостоятельно при курсовом проектировании по печатному пособию.

РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Рис. 3

Пылеотстойный газоход
I. Перегородка

II. Бункеры – сборники пыли.

Рис. 4. Пылеосадительная

камера: устройство /а/

и разрез аппарата /б/.

1. Горизонтальные полки. 2. Люки для удаления пыли.

3. Колокольные затворы.

Рис. 5.

Центробежный пылеуловитель – циклон.

Штуцер для тангенциального ввода запыленного газа.
Цилиндрический корпус с коническим днищем.
Патрубок для вывода очищенного газа.
Разгрузочный бункер для пыли.

Рис. 6. Батарейный циклон /а/, его элементы /б/ и наглядное изображение /в/.

1. Корпус аппарата. 2. Штуцер для ввода запыленного газа. 3. Газораспределительная камера. 4. Верхняя и нижняя трубные решетки. 5. Штуцер для вывода очищенного газа. 6. Корпуса отдельных циклонных элементов. 7. Патрубки циклонных элементов для вывода

из последних очищенного газа. 8. Устройства на внешних поверхностях патрубков 7 для закрутки газа внутри элементов. 9. Разгрузочный бункер для пыли.

Рис. 7. Инерционные жалюзийные пылеуловители: принцип действия /a/, устройство /б/ и золоуловитель ВТИ /в/.

1. Первичный жалюзийный отбойник пыли /сквозь него проходит большая часть газа/. 2. Жалюзи в виде набора наклонных колец или пластин, установленных с зазором 2-3 мм и немного перекрывающих друг друга. 3. Вторичный пылеуловитель - циклон, в который поступает небольшая часть газа с повышенным содержанием пыли.

Рис. 8. Рукавный фильтр /а/ и его наглядное изображение /б/.

1 и 3. Штуцера для ввода и вывода газа. 2. Матерчатые рукава /мешки/ c кольцами жесткости. 4. Встряхивающие устройства. 5. Трубная решетка для крепления рукавов снизу. 6. Разгрузочный бункер. 7. Шнек для удаления пыли.

Рис. 10. Фильтр с пористыми металлокерамическими патронами.

1. 1.Корпус. 2. Фильтрующие элементы. 3. Трубная решетка. 4. Подвод сжатого воздуха или небольшого количества очищенного газа для регенерации фильтрующих элементов.
Рис. 9. Схема работы рукавного

фильтра с удалением пыли из

рукавов обратной продувкой

атмосферным воздухом.

а – период фильтрации;

б – период регенерации.
Рис. 12. Полый скруббер для мокрой очистки газа

от пыли /В верхней части аппарата устанавливается брызгоуловитель, не

показанный на рисунке/.

Рис. 13. Центробежный мокрый скруббер

1. Цилиндрический корпус. 2. Тангенциальный ввод газа. 3. Распределитель воды по внутренней стенке циклона. 4. Коническое днище со штуцером для стока воды со шламом. 5. Штуцер для выхода газа.

Рис. 14. Схема установки скруббера Вентури для мокрого пылеулавливания.

1. Конфузор. 2. Горловина. 3. Отверстия лдя ввода воды. 4. Диффузор. 5. Циклонный брызгоуловитель. 6. Отстойник для осветления воды. 7. Насос для воды.

Рис. 15. Тарельчатый /пенный/ пылеуловитель.

1. Цилиндрический или прямоугольный корпус. 2. Перфорированная тарелка /металлический лист с отверстиями/. 3. Переточный порог. 4. Слой газожидкостной дисперсии /пены/ на тарелке.
Рис. 16. Скруббер с подвижной шаровой насадкой /а/ и его наглядное изображение /б/.

1. Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3. Ограничительная тарелка. 4. Распределитель жидкости. 5. Брызгоотбойное устройство. 6 и 7. Ввод запыленного и вывод очищенного газа. 8. Вывод загрязненной жидкости. 9. Штуцер, через который вводится поплавковое устройство, обеспечивающее постоянство уровня жидкости в нижней части скруббера.

Рис. 17. Формы и расположение электродов электрофильтров –

а – трубчатые; б – пластинчатые.

1. Коронирующие электроды. 2. Осадительные электроды.

Рис. 18. Трубчатый /а/ и пластинчатый /б/ электрофильтры.

1 и 7. Штуцера для ввода запыленного и вывода очищенного газа соответственно. 2. Осадительные электроды – трубчатый /а/ и пластинчатый /б/. 3. Коронирующие электроды. 4. Рама. 5. Изоляторы. 6. Стряхивающее приспособление.

Рис. 19. Пластинчатый электрофильтр с прямоугольным корпусом /а/ и трубчатый электрофильтр с цилиндрическим корпусом /б/.

Показатели работы пылеуловителя
Работу каждого пылеуловителя характеризуют показатели.

Характерный размер улавливаемых частиц, d_э мкм.
Потери напора, Δp_гПа.
Степень очистки /эффект разделения/, η %.
Расход электроэнергии, пара, воды.
Стоимость аппарата.
Стоимость очистки 1000 м³ газа.
Экологический эффект.

Степень очистки

Обозначим:

G_вх – количество входящей пыли,

G_ул – количество пыли, уловленной в аппарате,

G_вых – количество пыли, выходящей из аппарата.

Материальный баланс пылеуловителя по пыли:

G_вх = G_ул + G_вых /20/

Откуда

G_ул= G_вх – G_вых

Вводим понятие – степень очистки – отношение количества уловленной пыли к количеству входящей пыли:

/21/

Количество входящей и выходящей пыли за время τ:

G_вх = C_H· V_вх; G_вых = С_к· V_вых/22/

где С – концентрация пыли, кг/м³.

Для изотермического процесса объемы входящих и выходящих газов

V_вх ≈ V_вых /23/

Тогда степень очистки

/24/
Сравнительная оценка пылеуловителей
Гравитационная и инерционная очистки применяются для предварительного /частичного/ отделения пыли от газа. Остальные методы – для окончательной очистки. После окончательной очистки концентрация пыли в газе, который выбрасывается в атмосферу, не должна превышать ПДК. Например, ПДК для табачной и чайной пыли составляет 3 мг/м³.

Показатели работы некоторых пылеуловителей сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Сравнительная оценка пылеуловителей

Пылеуловитель	d_э мкм	Δp_n Па	η %
Пылеосадительная камера	70	100-400	40-60
Циклон	5	400-850	70-90
Рукавный фильтр	1	750-1500	94-99
Электрофильтр	0,005	60-250	90-99,9

2/ РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКИХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ
К жидким неоднородным системам относятся:

жидкость – твердое тело /суспензии/,

жидкость – жидкость /эмульсии/.

Для разделения, в сущности, применяются два метода: осаждение и фильтрование. Однако специфика процессов и аппаратуры позволяет представить четыре метода, которые сведены в таблицу 4.

Таблица 4.
Классификация методов и аппаратуры по разделению жидких неоднородных систем

Метод	Аппаратура
Отстаивание – осаждение частиц под действием силы тяжести.	Отстойники
Фильтрование – отделение частиц с помощью пористой перегородки.	Фильтры
Центрифугирование – осаждение и фильтрование под действием центробежных сил, создаваемых вращающимся ротором.	Центрифуги /суспензии/ Сепараторы /эмульсии/
Центробежное осаждение – осаждение частиц под действием центробежных сил, создаваемых вращающимся потоком.	Гидроциклоны

Конструкции аппаратов для разделения жидких неоднородных систем представлены на рис. 20-52.

ОТСТАИВАНИЕ
Проводится в отстойниках: периодического, полунепрерывного и непрерывного действия, одно- и многоярусных.

Отстаивание является наиболее экономичным процессом, т.к. проводится под действием даровой силы тяжести.

В то же время отстойники довольно громоздки, занимают значительные площади. Например, для очистных сооружений применяются пруды-отстойники диаметром до 100 м, глубиной до 7 м.

Производительность отстойника представляется по осветленной жидкости и определяется из выражения

V₁= F_о· W_ос м³/с /25/

Откуда поверхность отстойника

/25а/

Из формулы /25а/ следует, что для сокращения поверхности отстойника необходимо увеличивать скорость осаждения. Последняя определяется по закону Стокса /15а/.

В свою очередь из закона Стокса видно, что для увеличения скорости осаждения целесообразно увеличивать размер частиц.

На практике для укрупнения частиц применяют два процесса.

а/ Коагуляция – объединение твердых частиц в хлопьях гидроокиси алюминия /Al(OH)₃/ или сульфата алюминия /Al₂(SO₄)₃/.

б/ Флокуляция – агрегация твердых частиц с коллоидными частицами кремниевой кислоты /H₂SiO₃/.

Однако более эффективно скорость осаждения возрастает под действием центробежной силы и будет уже определяться по уравнению /19/. Фактор разделения K_p увеличивает скорость осаждения для гидроциклонов в десятки раз, для центрифуг – в тысячи раз.

Поэтому современные технологии практически не применяют отстойники. Вместо них применяются более компактные гидроциклоны и центрифуги.

В развитых промышленных странах вместо очистных сооружений применяется огневая переработка промышленных отходов.

/Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. - М.: Химия, 1990. – 304 с./

Р

азделение жидких неоднородных систем

1 2 3 4 5 6

	Учебно-методический комплекс дисциплины культурология федеральное... «Дальневосточный государственный технический университет (двпи им. В. В. Куйбышева)» в г. Петропавловске-Камчатском		Учебно-методический комплекс дисциплины социология федеральное агентство... «Дальневосточный государственный технический университет (двпи им. В. В. Куйбышева)» в г. Петропавловске-Камчатском
	Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова		Методические указания по выполнению реферата Волгоград Ысшего профессионального образования «волгоградский государственный технический университет» камышинский технологический институт...
	«Московский государственный университет путей сообщения» рабочая программа Ярославский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский...		Глызин Дмитрий Сергеевич Ярославский государственный университет имени П. Г. Демидова, 150000, г. Ярославль, ул. Советская, 14
	Технический регламент о безопасности питьевой воды Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)		Санкт-Петербургский государственный морской технический университет... Рецензия на книгу: С. А. Остроумов "Биотический механизм самоочищения пресных и морских вод: элементы теории и приложения" (Москва,...
	Издательства или провайдера Доступ ко всем бд ebsco publishing имеют организации дво ран и Владивостокский государственный университет экономики и сервиса; к...		Изучение культурологической проблематики подростками в горизонте деятельностного подхода Фгбоу впо «Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского»
	Бойцов Евгений Александрович Правообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ярославский...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Фгбоу впо «Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского»
	Малые инновационные предприятия как основа становления инновационной экономики России Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова, экономический факультет, г. Ярославль, Россия		Теоретические основы комплексной технологии окончательной влажно-тепловой... «Орловский государственный технический университет» (Орелгту) и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального...
	«московский государственный технический университет гражданской авиации»... Кирсановский авиационный технический колледж-филиал федерального государственного бюджетного образовательногоучреждения высшего профессионального...		Фгоу впо «Орловский государственный аграрный университет», доцент,; Алфеева М. В Гоу впо «Орловский государственный технический университет», студентка

Ярославский государственный технический университет

Похожие: