Лабораторна робота №14

ТЕМА: РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРОФІЛЬТРУ

Мета:

Теоретична частина

Очищення газів від зважених в них частинок пилу і туману за допомогою електрофільтру (рис. 1) – один з найбільш досконалих видів очищення. Цей процес заснований на ударній іонізації газу в зоні коронуючого розряду, передачі заряду іонів частинкам домішок і осадженні останніх на осаджувальних і коронуючих електродах.

Рис. 1. Електрофільтр:

1 – осаджувальний електрод; 2 – коронуючий електрод; 3 – рама; 4 – високовольтний ізолятор; 5 – пристрій для струшування; 6 – верхня камера; 7 – пилозбірник

Аерозольні частинки, що поступають в зону між коронуючим і осаджувальним електродами, адсорбують на своїй поверхні іони, набуваючи електричний заряд, і отримують тим самим прискорення, спрямоване в бік електрода з зарядом протилежного знаку.

Негативно заряджені аерозольні частинки рухаються до осаджувального електроду під дією аеродинамічних і електричних

сил, а позитивно заряджені частинки осідають на негативному коронуючому електроді. З огляду на те, що обсяг зовнішньої зони коронного розряду у багато разів більший обсягу внутрішньої, більшість частинок пилу отримує заряд з негативним знаком. Тому основна маса пилу осідає на позитивному осаджувальному електроді і лише відносно невелика – на негативному коронуючому електроді.

Порядок виконання роботи:

1.Виписуємо видні дані згідно варіанту.

2.Робимо креслення електрофільтру.

3.Розрахунок величини швидкості дрейфу частинок виконуємо за формулою:

де Е – напруженість електричного поля; dч – діаметр частинок пилу;

μ– в’язкість газу.

4.Ефективність очистки газу в електрофільтрі визначається за формулою:

де Fос – поверхня осадження фільтру, м2; wд – швидкість міграції (дрейфу) частинок, м/с; Vг – витрати газу, м3/с.

5. Робимо висновок про ефективність очищення, в якому необхідно дати рекомендації щодо конструктивної зміни електрофільтру для підвищення ефективності очищення.

Вихідні дані

Лабораторна робота №15

ТЕМА: РОЗРАХУНОК АДСОРБЕРА ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ПОВІТРЯ ВІД ПАРИ І ГАЗІВ

Мета: ознайомитись з порядком розрахунку адсорберів, закріпити практичні навички обчислення основних характеристик і параметрів апаратів для здійснення процесу адсорбції.

Теоретична частина

Конструктивно апарати для здійснення процесу адсорбції виконують у вигляді вертикальних (рис. 1а), горизонтальних (рис. 1б) або у вигляді кільцевих (рис. 1в) ємкостей, заповнених пористим сорбентом, через який фільтрується потік повітря, що очищається.

Рис. 1. Схеми адсорберів:

а – вертикальний; б – горизонтальний; в – кільцевий; 1 – адсорбер; шар активованого вугілля; 3 – центральна труба для подачі пароповітряної суміші при адсорбції повітря; 4 – барботер для подачі пари при десорбції; 5 – штуцер для виходу інертних до сорбенту газів при адсорбції; 6 – штуцер для виходу пари при десорбції

Порядок виконання роботи:

Розрахунок адсорбера включає дві стадії: наближений конструктивний розрахунок для визначення необхідної маси, геометрія і перевірочний розрахунок для визначення часу захисної дії адсорбера і, у разі потреби, проведення коректування розмірів апарату. При розрахунку адсорбера може бути рекомендований наступний порядок:

1.Вибираємо тип сорбенту і робочу температуру. Для збільшення його ємкості робоча температура вибирається мінімально можливою. Вибір типу сорбенту проводиться по ізотермах адсорбції при робочих параметрах (температурі і концентрації) з умови мінімальної маси сорбенту.

2.Визначаємо масу сорбенту:

де k = 1,1…1,2 – коефіцієнт запасу; G – вагова кількість газу, кг/с; с0

– початкова концентрація пароповітряної суміші, кг/м3; τ – тривалість процесу сорбції, c; aʹ0 – статична ємкість обраного сорбенту в робочих умовах, кг/м3. Статичну ємкість адсорбенту знаходять за ізотермою адсорбції і заданою величиною концентрації речовини с0.

3.Вибираємо швидкість потоку газу W в адсорбері. Зазвичай, виходячи з умови необхідного часу контакту газу з сорбентом і мінімальних гідравлічних опорів, фіктивна швидкість пароповітряної суміші або швидкість, розрахована на повний переріз шару, вибирається в межах 0,1...0,25 м/с.

4.Визначаємо геометричні розміри адсорбера. Для циліндричного апарату діаметр (Da) і довжина шару адсорбенту (La) розраховуються за формулами:

5. Визначаємо гідравлічний опір, що створюється шаром сорбенту при проходженні через нього потоку газу, який очищається:

де λ – коефіцієнт тертя, який знаходять залежно від характеру руху:

де Re – критерій Рейнольдса, який визначають за формулою:

де ν – кінематична в’язкість газу, м2/с; ρг – густина газу, що очищається, кг/м3; П – пористість шару сорбенту, яка визначається за формулою:

П к н , (7)

к

де ρк і ρн – густина сорбенту, що здається і насичена, кг/м3. При однорідній зернистості вугілля ρк≈ρн П=0,37; φ – коефіцієнт форми, φ≈0,9; dе – еквівалентний діаметр зерна сорбенту, м. Для циліндричних зерен з довжиною l і діаметром d еквівалентний діаметр визначається за формулою:

де P – дифузійний критерій Прандтля, який визначають за формулою:

де D – коефіцієнт молекулярної дифузії, м2/с. Коефіцієнт молекулярної дифузії залежить від характеру дифундуючих речовин і визначається дослідним шляхом. У табл. 1 приведені величини D0 при Т=273°К і атмосферному тиску p0=9,8∙104 Н/м2. Знаючи D0 за нормальних умов, значення D при будь-яких Т і p можна визначити за формулою:

7. Знаходимо час захисної дії адсорбера:

а) якщо с0 знаходиться в першій області ізотерми адсорбції, то тривалість адсорбції визначаться за формулою:

де Г – безрозмірний коефіцієнт Генрі, який розраховують за формулою:

La – довжина (висота) шару сорбенту, м; f – питома поверхня адсорбенту, м2/м3. Питому поверхню адсорбенту f визначають за формулою:

b – коефіцієнт, який визначається залежно від співвідношення вмісту речовини, яка поглинається, на вході і виході адсорбера c/c0

(табл. 2):

б) якщо с0 знаходиться в другій області ізотерми адсорбції, то тривалість адсорбції визначають за формулою:

де А – коефіцієнт, який знаходять за формулою:

де y1 – концентрація речовини в газовому потоці г/м3, яка відповідає величині половини максимальної кількості речовини am, яка поглинається сорбентом при заданій температурі;

в) якщо с0 знаходиться в третій області ізотерми, то тривалість адсорбції визначають за формулою:

8. Якщо отриманий час захисної дії адсорбера відрізняється від заданого на величину Δτ=τ-τ0, то змінюємо довжину (висоту) шару адсорбенту на величину:

де F – площа поперечного перерізу шару адсорбенту, м2; Перераховуємо масу сорбенту. Решта розрахунку

коректування не вимагає.

Вихідні дані

Визначити розміри, енерговитрати і час захисної дії вертикального адсорбера для вловлювання пари етилового спирту, що видаляється місцевим відсмоктуванням від установки знежирення за умови її безперервної роботи протягом 8 год. Продуктивність місцевого відсмоктування від пароповітряної суміші складає V=300 м3/год. Початкова концентрація пароповітряної суміші, що подається в адсорбер, с0=10,00 г/м3 і знаходиться в другій області ізотерми адсорбції. Ефективність процесу очищення повинна бути не нижче 99%. При розрахунку в’язкість і густину пароповітряної суміші прийняти рівній в’язкості і густині повітря за тих же умов. Поглинання відбувається при 20°С і нормальному атмосферному тиску p=9,8∙104 Н/м2, густина газу ρг=1,2 кг/м3, вагова кількість газу, яка очищається G=0,1 кг/с, кінематична в’язкість газу ν=0,15∙10-4 м2/с. Коефіцієнт запасу k=1,15. Ефективна швидкість пароповітряної суміші в адсорбері W=0,2 м/с. В якості сорбенту використати активоване вугілля з діаметром гранул d=3 мм і середньою довжиною гранул l=5 мм. Насипна густина обраного сорбенту ρн=500 кг/м3, густина ρк=800 кг/м3. Ізотерма адсорбції пари етилового спирту на активованому вугіллі за наведених умов поглинання представлена на рис. 2.

Рис. 2. Ізотерма адсорбції пари етилового спирту на активованому вугіллі