МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Сыктывкарский лесной институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ)

Кафедра «Общая и прикладная экология»

ТЕХНОЛОГИЯ РЕКУПЕРАЦИИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 280201 «Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов» всех форм обучения

Самостоятельное учебное электронное издание

СЫКТЫВКАР 2012

2 УДК 504 ББК 28.08 Т38 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой «Общая и прикладная экология»

Сыктывкарского лесного института.

Утвержден к изданию в электронном виде советом технологического факультета Сыктывкарского лесного института

Со с т а ви т е л ь : кандидат химических наук, доцент И. Н. Полина

От в . р е д ак т о р : кандидат технических наук, доцент О. А. Конык

Т38

Технология рекуперации газовых выбросов [Электронный ресурс] : учеб.-метод. комплекс по дисциплине для студ. спец. 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» всех форм обучения : самост. учеб. электрон. изд. / Сыкт. лесн. ин-т ; сост.: И. Н. Полина. – Электрон. дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2012. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В издании помещены материалы для освоения дисциплины «Основы токсикологии». Приведены рабочая программа курса, сборник описаний лабораторных работ.

УДК 504 ББК 28.08

_____________________________________________________________________

Самостоятельное учебное электронное издание

Составитель: Полина Ирина Николаевна

ТЕХНОЛОГИЯ РЕКУПЕРАЦИИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

Электронный формат – pdf. Объем 3,6 уч.-изд. л. Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного

бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет

имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, institut@sfi.komi.com, www.sli.komi.com

Редакционно-издательский отдел СЛИ.

© СЛИ, 2012 Полина И.Н., 2012

3

Содержание

I. Рабочая программа дисциплины специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

4

II. Методические указания по проведению практических работ 19 III. Методические указания по выполнению лабораторных работ 28 III. Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины 74 IV. Текущий контроль студентов 76 V. Библиографический список 80

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Сыктывкарский лесной институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

(СЛИ)

"Согласовано" Декан технологического факультета ________________А.А. Самородницкий "_____"____________2012 г.

"Утверждаю" Зам. директора по учебной работе _________________Л.А. Гурьева "_____"____________2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине: «Технология рекуперации газовых выбросов» Специальная

Для подготовки дипломированных специалистов по направлению

280000 «Безопасность жизнедеятельности, природообустройство и защита окружающей среды»

Специальность: 280201 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов "

Кафедра "Общей и прикладной экологии"

Очная Очно-заочная Заочная Курс 4 5 4 курс Семестр 7 9 - Всего часов 189 189 189 В том числе аудиторных

82

50

20 Из них: Лекции 34 20 10 Лабораторные работы Практические занятия

34 14

14 16

6 4

Самостоятельная работа 107 139 169 Зачет 7 9 4 курс

Сыктывкар 2012

5Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным

образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 280000 «Безопасность жизнедеятельности, природообустройство и защита окружающей среды». Специальность 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Программу составили: к.х.н., доцент ______________________________И.Н. Полина Переработанная рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Общей и прикладной экологии. Протокол № 9 от «_20_» июня 2012 г. Заведующий кафедрой, к.т.н., доцент _____________________________О.А. Конык Рабочая программа рассмотрена и одобрена методической комиссией технологического факультета. Протокол № 10 от «_21_» июня 2012 г. Председатель комиссии: декан ТФ __________________________А.А. Самородницкий Библиографический список рабочей программы полностью соответствует сведениям о книгообеспеченности образовательного процесса СЛИ. Зав.кафедрой ОиПЭ ________________О.А. Конык Бумажная версия рабочей программы соответствует ее электронной версии

Зав.кафедрой ОиПЭ _______________О.А. Конык

61.Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе

1.1. Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Технология рекуперация газовых выбросов» является обеспечение теоретической подготовки и фундаментальной базы инженеров-экологов. Данный курс формирует будущего специалиста и обеспечивает глубокое понимание сущности технических процессов по очистке газовых выбросов от аэрозолей, газообразных и парообразных загрязнении; рассматриваются различные методы очистки отходящих газов, а также аппаратурное оформление по возврату в производство уловленных газообразных компонентов или с целью получения товарных продуктов.

1.2. Задачи изучения дисциплины

В результате изучения курса «Технология рекуперация газовых выбросов» студент

должен иметь представление: - о промышленных загрязнителях атмосферы; - об источниках загрязнения воздушного бассейна; - о предельно допустимых концентрациях загрязняющих веществ; - о физико-химических свойствах пыли; - о степени очистки газа; - о способах отделения твердых и жидких частиц.

Требования к знаниям и умениям:

- предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны;

- федеральные и региональные органы охраны природной среды; - способы улавливания пыли в различных конструкциях аппаратов; - способы очистки газовых смесей от вредных компонентов, содержащихся в них; - технологические схемы / аппаратурное оформление/ для очистки и рекуперации

целевых компонентов.

1.3 Дополнение к нормам Государственного стандарта 2000 года

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха; организованные и неорганизованные газовые выбросы; методы и аппараты для обезвреживания газовых выбросов; абсорбционные, каталитические, конденсационные, термические, технологии для восстановления обработанных агентов и получения товарных продуктов.

1.4. Перечень дисциплин и тем, усвоение которых студентом необходимо для изучения данной дисциплины

Для полноценного усвоения учебного материала по дисциплине «Технология

рекуперация газовых выбросов» студентам необходимо иметь знания по математике, физике, химии, теплотехнике, гидравлике и других наук.

2. Содержание дисциплины

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий

№ п/п Краткое содержание занятий Кол-во часов

1 2 3 1.

Общие сведения об инженерной защите окружающей среды. Классификация промышленных загрязнителей атмосферы. Источники

2

71.1 загрязнения воздушного бассейна. 1.2. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в

атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями.

2 1.3 Федеральные и региональные органы охраны природной среды. 1 2

2.1. Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду. Энергетическая, металлургическая, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроительная, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленности; транспортно-дорожный комплекс; оборонная промышленность и вооруженные силы.

2

2.2. Определения пылеулавливания и физико-химические свойства пыли: дисперсный состав пыли; плотность пылевых частиц и порошкообразных материалов; удельная поверхность, смачиваемость и слипаемость пыли; абразивность и удельное электрическое сопротивление слоя пыли.

2

2.3. Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителе.

2

2.4. Способы отделения твердых и жидких частиц. Гравитационное и инерционное осаждение. Пылеосадительные и инерционные уловители.

2

2.5. Центробежные пылеуловители. 2 2.6. Осаждение частиц в жидкой фазе. Аппараты мокрой очистки газов. 2 2.7. Фильтрация тканевые и зернистые фильтры. Электрофильтры. 2 2.8. Абсорбция. Кинетические процессы абсорбции. Термическая и

вытеснительная десорбции. 2

2.9. Устройства для термической очистки газов. 2 2.10. Аппараты каталитической очистки. 2 2.11. Биохимические реакторы. 2

3. 3.1.

Теоретические процессы и аппаратурное оформление рекуперации. Рекуперация пылей. Использование пыли в качестве целевого продукта. Возврат пыли в производство.

1

3.2. Очистка газов от диоксида серы. Схемы установок. Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Очистка газов от оксидов азота.

2

3.3. Адсорбционные методы очистки паров летучих растворителей. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота, диоксида серы, от галогенов и их соединений, от сероводорода и сероорганических соединений. Схемы установок.

2

3.4. Методы каталитической и термической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление.

2

Всего часов 34

2.2. Практические занятия, их наименование и объем в часах

№ п/п Наименование темы занятия Количество

часов 1 2 3 1. Расчет циклонов 4 2. Расчет пористых металлических фильтров для очистки выбросов

от пыли 3

3. Расчет скруббера и форсунки 3 4. Решение задач 3 Всего часов 14

8

2.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах № п/п Наименование работ Количест

во часов 1 2 3 1. Определение дисперности сыпучих материалов 6 2. Определение характеристик работы циклона 7 3. Установить основные размеры однополочного пенного

газопромывателя 7

4. Изучение процесса массопередачи в процессе абсорбции 7 5. Измерение изотерм сорбции паров органических веществ на различных

адсорбентах в динамических условиях. 7

Всего часов 34

Содержание и методика выполнения лабораторных работ изложены в учебных пособиях и методических указаниях, составленных коллективом преподавателей и сотрудников кафедры, и приведены в списке литературы.

2.4. Самостоятельная работа и контроль успеваемости

2.4.1. Для очной формы обучения

№ п/п Вид самостоятельной работы Число часов

Вид контроля успеваемости

1 2 3 4 1. Проработка лекционного материала по учебной

литературе и конспекту 17 ФО, З

2. Подготовка к лабораторным работам 17 ОЛР, З 3. Подготовка к практическим занятиям 7 ФО, З 4. Выполнение домашних заданий 31 ДЗ 5. Подготовка к аттестационной работе 15 АКР 5. Подготовка к коллоквиуму 10 К 6. Подготовка к зачету 10 зачет Всего часов 107

2.4.2. Для очно-заочной формы обучения

№ п/п Вид самостоятельной работы Число часов

Вид контроля успеваемости

1 2 3 4 1. Проработка лекционного материала по учебной

литературе и конспекту 10 ФО, З

2. Подготовка к лабораторным работам 7 ОЛР, З 3. Подготовка к практическим занятиям 8 ФО, З 4. Выполнение домашних заданий 26 ДЗ 5. Подготовка к коллоквиуму 8 К 6. Изучение тем, не рассмотренных на лекциях 34 7. Подготовка к зачету 10 зачет Всего часов 103

92.4.3. Для заочной формы обучения

№ п/п Вид самостоятельной работы Число часов

Вид контроля успеваемости

1 2 3 4 1. Проработка лекционного материала по учебной

литературе и конспекту 5 ФО, З

2. Подготовка к лабораторным работам 3 ОЛР, З 3. Подготовка к практическим занятиям 2 ФО, З 4. Выполнение домашних заданий 63 ДЗ 5. Подготовка к коллоквиуму 10 К 6. Изучение тем, не рассмотренных на лекциях 76 7. Подготовка к зачету 10 зачет Всего часов 169

Текущий контроль успеваемости студентов выполняется в виде фронтального

опроса (ФО), опроса по лабораторным работам (ОЛР), выполнением контрольной работы (КР) и домашних заданий (ДЗ). Итоговые знания проверяются на зачете и экзамене.

2.5. Распределение часов по темам и видам занятий

2.5.1. Для очной формы обучения

№ п/п

Наименование тем Всего

Количество часов Форма

контроля успеваем

ости

В том числе

Лекци

и Лаб. раб.

Практ. зан.

самост. работа

1 2 3 4 5 6 7 8 1

1.1.

Общие сведения об инженерной защите окружающей среды Классификация промышленных загрязнении атмосферы. Источники загрязнения воздушного бассейна.

6 2 - - 4 ФО, Э

1.2. Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями.

5 2 - - 3 ФО, Э

1.3. Федеральные и региональные органы охраны природной среды.

5 2 - - 3 ФО, Э

2.

2.1.

Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду.

7 3 - - 4 ФО, Э

10Энергетическая, металлургическая, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроительная, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленности; транспортно-дорожный комплекс; промышленность строительных материалов; оборонная промышленность и вооруженные силы.

2.2. Определение пылеулавливания и физико-химические свойства пыли; дисперсный состав пыли; плотность пылевых частиц и порошкообразных материалов; удельная поверхность, смачиваемость и слипаемость пыли; абразивность и удельное электрическое сопротивление слоя пыли.

9 3 - - 6 ФО, Э

2.3. Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителе.

6 2 - - 4 ФО, Э

2.4. Способы отделения твердых и жидких частиц. Гравитационное и инерционное осаждение. Пылеосадительные и инерциальные уловители.

8 2 - 2 4 ФО, Э

2.5. Центробежные пылеуловители.

8 2 - 2 4 ФО, Э

2.6. Осаждение частиц в жидкой фазе. Аппараты мокрой очистки газов.

9 2 - 2 5 ФО, Э

2.7. Фильтрация. Тканевые и зернистые фильтры. Электрофильтры.

10 2 - 2 6 ФО, Э

2.8. Адсорбция. Кинетические процессы

18 2 10 - 6 ФО, Э, ОЛР

11адсорбции. Термическая и вытеснительная десорбция.

2.9. Устройства для термической очистки газов.

13 1 6 2 4 ФО, Э, ОЛР

2.10. Аппараты каталитической очистки.

9 1 - 2 6 ФО, Э

2.11. Биохимические реакторы.

9 1 - 2 6 ФО, Э

3.

3.1.

Технологические процессы и аппаратурное оформление процесса рекуперации. Рекуперация пыли. Использование пыли в качестве целевого продукта. Возврат пыли в производство.

10

1

-

-

9

ФО, Э

3.2. Очистка газов от диоксида серы. Схемы установок. Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Очистка газов от оксидов азота.

17 2 8 - 7 ФО, Э

3.3. Адсорбционные методы очистки паров летучих растворителей. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота, диоксида серы, от галогенов и их соединений, от сероводорода и сероорганических соединений. Схемы установок.

20 2 10 - 8 ФО, Э, ОЛР

3.4. Методы каталитической и термической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление.

10 2 - - 8 ФО, Э

3.5. Подготовка к зачету 10 10 Зачет Всего часов 189 34 34 14 107

122.5. 2. Для очно-заочной формы обучения

№ п/п

Наименование тем Всего

Количество часов Форма

контроля успеваемос

ти

В том числе

Лекции лабора

торные практи

ческие самост. работа

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1.1

Общие сведения об инженерной защите окружающей среды Классификация промышленных загрязнении атмосферы. Источники загрязнения воздушного бассейна.

4 - - - 4 ФО, З

1.2

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями.

3 - - - 3 ФО, З

1.3

Федеральные и региональные органы охраны природной среды.

3 - - - 3 ФО, З

2.

2.1.

Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду. Энергетическая, металлургическая, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроительная, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающа

я промышленности; транспортно-дорожный комплекс; промышленность строительных материалов; оборонная промышленность и вооруженные силы.

5 1 - - 4 ФО, З

2.2. Определение пылеулавливания и

8 2 - - 6 ФО, З

13физико-химические свойства пыли; дисперсный состав пыли; плотность пылевых частиц и порошкообразных материалов; удельная поверхность, смачиваемость и слипаемость пыли; абразивность и удельное электрическое сопротивление слоя пыли.

2.3.

Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителе.

6 1 - - 5 ФО, З

2.4.

Способы отделения твердых и жидких частиц. Гравитационное и инерционное осаждение. Пылеосадительные и инерциальные уловители.

8 2 - - 6 ФО, З

2.5. Центробежные пылеуловители.

9 - - 3 6 ФО, З

2.6.

Осаждение частиц в жидкой фазе. Аппараты мокрой очистки газов.

11 2 - 3 6 ФО, З

2.7. Фильтрация. Тканевые и зернистые фильтры. Электрофильтры.

11 2 - 3 6 ФО, З

2.8.

Адсорбция. Кинетические процессы адсорбции. Термическая и вытеснительная десорбция.

10 1 4 - 5 ФО, З, ОЛР

2.9. Устройства для термической очистки газов.

12 1 2 3 6 ФО, З, ОЛР

2.10

Аппараты каталитической очистки.

8 1 - 2 5 ФО, З

2.11

Биохимические реакторы.

6 - - 2 4 ФО, З

3.

Технологические процессы и аппаратурное

6

143.1. оформление процесса

рекуперации. Рекуперация пыли. Использование пыли в качестве целевого продукта. Возврат пыли в производство.

1 - - 5 ФО, З

3.2.

Очистка газов от диоксида серы. Схемы установок. Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Очистка газов от оксидов азота.

10 2 2 - 6 ФО, З

3.3.

Адсорбционные методы очистки паров летучих растворителей. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота, диоксида серы, от галогенов и их соединений, от сероводорода и сероорганических соединений. Схемы установок.

13 2 4 - 7 ФО, З, ОЛР

3.4.

Методы каталитической и термической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление.

10 2 2 - 6 ФО,З

Подготовка к зачету 10 10 зачет Всего часов 153 20 14 16 103

152.5.3. Заочной формы обучения

№ п/п Наименование тем Всего

Количество часов Форма контро

ля успева

емости

В том числе

Лекции лабора

торные практи

ческие самос. работа

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1.1

Общие сведения об инженерной защите окружающей среды Классификация промышленных загрязнении атмосферы. Источники загрязнения воздушного бассейна.

4 - - - 4 ФО,З

1.2

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями.

4 - - - 4 ФО,З

1.3

Федеральные и региональные органы охраны природной среды.

4 - - - 4 ФО, З

2.

2.1.

Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду. Энергетическая, металлургическая, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроительная

, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатываю

щая промышленности; транспортно-дорожный комплекс; промышленность

5,5 0,5 - - 5 ФО, З

16строительных материалов; оборонная промышленность и вооруженные силы.

2.2.

Определение пылеулавливания и физико-химические свойства пыли; дисперсный состав пыли; плотность пылевых частиц и порошкообразных материалов; удельная поверхность, смачиваемость и слипаемость пыли; абразивность и удельное электрическое сопротивление слоя пыли.

8 1 - - 7 ФО, З

2.3.

Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителе.

10,5 0,5 - - 10 ФО, З

2.4.

Способы отделения твердых и жидких частиц. Гравитационное и инерционное осаждение. Пылеосадительные и инерциальные уловители.

8 1 - - 7 ФО, З

2.5. Центробежные пылеуловители.

9 - - 1 8 ФО, З

2.6.

Осаждение частиц в жидкой фазе. Аппараты мокрой очистки газов.

13 1 - 1 11 ФО,З

2.7.

Фильтрация. Тканевые и зернистые фильтры. Электрофильтры.

12,5 0,5 - - 12 ФО,З

2.8.

Адсорбция. Кинетические процессы адсорбции. Термическая и вытеснительная десорбция.

15 1 2 1 11 ФО, З, ОЛР

2.9. Устройства для термической

12,5 0,5 - 1 11 ФО, З, ОЛР

17очистки газов.

2.10 Аппараты каталитической очистки.

10,5 0,5 - - 10 ФО, З

2.11 Биохимические реакторы.

8 - - - 8 ФО, З

3.

3.1.

Технологические процессы и аппаратурное оформление процесса рекуперации. Рекуперация пыли. Использование пыли в качестве целевого продукта. Возврат пыли в производство.

11

1

-

-

10

ФО, З

3.2.

Очистка газов от диоксида серы. Схемы установок. Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Очистка газов от оксидов азота.

11,5 0,5 - - 11 ФО, З

3.3.

Адсорбционные методы очистки паров летучих растворителей. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота, диоксида серы, от галогенов и их соединений, от сероводорода и сероорганических соединений. Схемы установок.

16 1 2 - 13 ФО, З, ОЛР

3.4.

Методы каталитической и термической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление.

16 1 2 - 13 ФО,З

Подготовка к зачету 10 10 зачет Всего часов 189 10 6 4 169

18Вопросы к зачету

1. Классификация промышленных загрязнителей атмосферы. 2. Источники загрязнения воздушного бассейна. 3. Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном

воздухе и санитарно-защитные зоны. 4. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями. 5. Федеральные и региональные органы охраны природной среды. 6. Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду на примере:

энергетическая, металлургическая, машиностроение. 7. Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду на примере:

нефтедобыча и нефтепереработка, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая.

8. Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду на примере: транспортно-дорожный комплекс, промышленность строительных материалов, оборонная промышленность и вооруженные силы.

9. Пылеулавливание и физико-химические свойства пыли: дисперсный состав пыли, плотность пылевых частиц и порошкообразных материалов; удельная поверхность.

10. Пылеулавливание и физико-химические свойства пыли: смачиваемость и слипаемость пыли; абразивность и удельное электрическое сопротивление слоя пыли.

11. Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителях. 12. Способы отделения твердых жидких частиц в гравитационном поле.

Пылеосадительные аппараты. 13. Способы отделения твердых и жидких частиц при инерционном осаждении.

Инерционные уловители. 14. Центробежное разделение. Центробежные пылеуловители. 15. Теоретические основы осаждения частиц в жидкой фазе. 16. Аппараты мокрой очистки газов. 17. Фильтрация. Тканевые и зернистые фильтры. 18. Осаждение в электрическом поле. Конструкции электрофильтров. 19. Адсорбция. Кинетические процессы адсорбции. 20. Термическая и вытеснительная десорбции, вакуумная десорбция. 21. Устройства для термической очистки газов. 22. Аппараты каталитической очистки. 23. Биохимические реакторы. 24. Рекуперация пылей. Использование пыли в качестве целевого продукта.

Возврат пыли в производство. 25. Очистка газа от диоксида серы. Аппаратурное оформление. 26. Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Аппаратурное

оформление. 27. Очистка газов от азота. Аппаратурное оформление. 28. Адсорбционные методы очистки паров летучих растворителей. Аппаратурное

оформление. 29. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота. Аппаратурное оформление. 30. Адсорбционная очистка газов от диоксида серы. Аппаратурное оформление. 31. Адсорбционная очистка газов от галогенов и их соединений. Аппаратурное

оформление. 32. Адсорбционная очистка газов от сероводорода и сероводородных соединений.

Аппаратурное оформление. 33. Методы каталитической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление. 34. Методы термической очистки отходящих газов. Аппаратурное оформление.

19

II. Методические указания по проведению практических работ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1. РАСЧЕТ ЦИКЛОНОВ

Цель работы: приобретение навыков по выбору и расчета газоочистных аппаратов (циклонов).

Основные положения Принцип работы циклона основано на разделение взвешенных частиц от газового

потока под воздействием центробежных сил. Центробежный эффект сильнее проявляется у крупных частиц, поэтому циклоны предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли, например, для улавливания золы, образующейся при сжигании топлива в котлах тепловых станций.

Для расчета циклона необходимо иметь следующие исходные данные: −объем очищаемого газа Q, м3/с; −плотность газа при рабочих условиях ρ, кг/м3; −вязкость газа при рабочей температуре µ, Па·с; −дисперсный состав пыли d50; −входная концентрация пыли Свх, г/м

3; −требуемая эффективность очистки η. В России принят следующий ряд внутреннего типового диаметра циклонов D, мм:

150; 200; 300; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 3000.

Бункеры циклонов имеют цилиндрическую форму диаметром 1,5D для цилиндрических и 1,2D для конических циклонов. Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D.

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений. Методика расчета 1. Определяют оптимальную скорость движения газа wопт в зависимости от типа

циклона (табл. 1). Таблица 1

Оптимальная скорость движения газа wопт в зависимости от типа циклона

Тип циклона

ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11 СДК-ЦН-

33 СК-ЦН-34

СК-ЦН-34м

wопт, м/с 4,5 3,5 3,5 2,0 1,7 2,0 2. Рассчитывают диаметр циклона:

ОПТW

QD

⋅⋅=

π4

.

Полученное значение необходимо округлить до ближайшего типового значения. Если значение D превышает максимальное типовое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклонов.

3. Рассчитывают действительную скорость потока в циклоне:

2

4DN

QW

⋅⋅⋅=

π,

где N – число циклонов. Значение w не должно отклоняться от wопт более чем на 15 %. 4. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления:

50021 RkkR ⋅⋅= ,

где k1 и k2 – поправочные коэффициенты, зависящие от D, Свх и типа циклона (табл. 2 и 3);

20R500 – коэффициент гидравлического сопротивления при D=500 мм (табл. 4).

Таблица 2 Значения k1 при различных D и типов циклонов

Тип циклона D, мм

150 200 300 450 >500 ЦН-11 0,94 0,95 0,96 0,99 1,0

ЦН-15, ЦН-24 0,85 0,9 0,93 1,0 1,0 СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и 34м

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Таблица 3

Значения k2 при различных Свх и типов циклонов

Тип циклона Свх, г/м

3 0 10 20 40 80 120 150

ЦН-11 1 0,96 0,94 0,92 0,90 0,87 – ЦН-15 1 0,93 0,92 0,91 0,90 0,87 0,86 ЦН-24 1 0,95 0,93 0,92 0,90 0,87 0,86

СДК-ЦН-33 1 0,81 0,785 0,78 0,77 0,76 0,745 СК-ЦН-34 1 0,98 0,947 0,93 0,915 0,91 0,90 СК-ЦН-34м 1 0,99 0,97 0,95 – – –

Таблица 4 Значения R500 в зависимости от типов циклонов

Тип циклона Выхлоп в:

Тип циклона Выхлоп в:

атмосферу гидр. сеть атмосферу гидр. сеть ЦН-11 245 250 СДК-ЦН-33 520 600 ЦН-15 155 163 СК-ЦН-34 1050 1150 ЦН-24 75 80 СК-ЦН-34м – 2000

5. Рассчитывают значение гидравлического сопротивления:

221

wrRPPPВЫХВХ

⋅⋅⋅=−=∆ ρ .

6. Определяют эффективность очистки: ( )( )хФ+= 15.0η ,

где Ф(х) – табличная функция параметра х (табл. 5 и 6):

⋅=

50

50lg8,0Т

d

dх .

Таблица 5 Значение dТ50 в зависимости от типа циклона

Тип

циклона ЦН-11 ЦН-15 ЦН-24

СДК-ЦН-33

СК-ЦН-34 СК-ЦН-

34м dТ50 8,5 4,5 3,65 2,31 1,95 1,3

21Таблица 6

Значение Ф(х) в зависимости от параметра х

х -2,7 -2,0 -1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 0,2 Ф(х) 0,004 0,023 0,055 0,081 0,115 0,159 0,212 0,274 0,421 х 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,6 1,8 2,7

Ф(х) 0,5 0,579 0,655 0,726 0,788 0,885 0,964 0,964 0,997 Значение d50 определяется по формуле:

W

W

D

Ddd ТТ

ч

чТ

Т

Т⋅⋅⋅=

µµ

ρρ

5050 ,

где ρч – плотность частицы; µ – вязкость среды; w – скорость потока; DT=600 мм; ρчТ=1930 кг/м3; µТ=22,2·106 Па·с; wТ=3,5 м/с (индекс «т» означает типовое значение параметра).

7. Осуществляют выбор циклона. Если расчетное η меньше требуемого, то необходимо выбрать другой циклон с большим гидравлическим сопротивлением R. Можно пользоваться формулой:

2

1

2

1

2

2

1

2

1

11

D

D

W

W

R

R ⋅

−−=

ηη

,

где индексы 1 и 2 соответствуют двум различным циклонам. 8. Рассчитывают конструкционные размеры циклона (рис. 1 и 2, табл. 7) в

соответствии с диаметром D выбранного циклона: Dkх ⋅= ,

где х – параметр циклона (диаметр, ширина, высота); k – коэффициент пропорциональности (табл. 7).

Радиус улитки:

πϕρ ⋅⋅+=22

bD

,

где b – ширина входного патрубка; φ=135°=2,35 рад.

Таблица 7

Значения коэффициента пропорциональности k

Параметр Тип циклона

ЦН-11 ЦН-15 ЦН-24 СДК-ЦН-

33 СК-ЦН-

34 СК-ЦН-34м

Диаметр выхлопной трубы d

0,59 0,334 0,34 0,22

Диаметр пылевыпускного отверстия d1

0,3–0,4 0,334 0,23 0,18

Диаметр входного патрубка b

0,2 0,264 0,214 0,18

Длина входного патрубка l

0,6

Высота входного 0,48 0,66 1,11 0,535 0,515 0,4

22патрубка а

Высота выхлопной трубы (ВТ) hт

1,56 1,74 2,11 0,535 0,515 0,4

Высота внешней части (ВТ) hв

0,3 0,3 0,4 0,2–0,3

Высота цилиндрической

части Нц 2,06 2,06 2,11 0,535 0,515 0,4

Высота конуса Нк 2,0 2,0 1,75 3,0 2,11 2,6 Высота установки

фланца hфл 0,1

Общая высота циклона Н

4,38 4,56 4,26 3,835 2,925 3,3

9. Начертить схему циклона и проставить конструкционные размеры в

миллиметрах.

Рис. 1 Рис. 2

Таблица 8 Варианты задач (исходные данные)

№ вар. Тип

циклона Q, м3/с Свх, г/м

3 ρг, кг/ м3 ρч, кг/ м

3 µ·106, Па·с

η

1. ЦН-11 12 40 1,34 1930 22,2 0,95 2. ЦН-11 15 120 1,35 2230 22,1 0,65 3. ЦН-15 17 80 1,36 1650 22,0 0,75 4. ЦН-15 20 10 1,37 1700 21,9 0,95 5. ЦН-24 25 20 1,38 1750 21,8 0,90 6. ЦН-24 30 40 1,39 1900 21,7 0,85

7. СДК-ЦН-

33 8 150 1,33 2130 21,6 0,65

8. СК-ЦН-

34 5 80 1,32 2050 21,5 0,75

9. СК-ЦН-

34м 1 40 1,31 2100 21,4 0,75

10. ЦН-11 10 80 1,24 1900 21,2 0,90 11. ЦН-11 14 80 1,25 2130 21,1 0,75 12. ЦН-15 16 40 1,26 1750 21,0 0,85

2313. ЦН-15 22 20 1,27 1800 22,9 0,85 14. ЦН-24 20 40 1,28 1850 22,8 0,80 15. ЦН-24 25 80 1,29 1950 22,7 0,85

16. СДК-ЦН-

33 9 120 1,35 2230 22,0 0,90

17. СК-ЦН-

34 7 80 1,37 1700 21,7 0,85

18. СК-ЦН-

34м 3 40 1,39 1900 21,7 0,80

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2. РАСЧЕТ ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ

ВЫБРОСОВ ОТ ПЫЛИ Цель работы: приобретение навыков и знаний по расчету и конструкции пористых

фильтров. Основные положения Процесс фильтрации основан на задержании частиц примесей в пористых

перегородках при движении дисперсных систем через них. Процесс фильтрации характеризуется следующими параметрами: эффективность очистки, тонкость очистки, пористость, скорость фильтрации, пропускная способность, гидравлическое или аэродинамическое сопротивление.

Абсолютная тонкость очистки – это максимальный размер частиц, прошедших через фильтр. Номинальная тонкость очистки – это размер частиц, для которых фракционная эффективность очистки равна 0,97. Предпочтительный ряд: 1; 2; 5; 10; 16; 25 мкм и т. д.

Пористостью фильтроэлемента называется отношения объема пустот (Vn) к полному объему фильтроэлемента (V):

V

VП П= .

Скорость фильтрации – это отношение объемного расхода Q (м3/с) очищаемого вещества к площади фильтрующей поверхности F (м2):

F

QW = .

Удельная массовая пропускная способность фильтра G кг/(м2·с): ρWG = ,

где ρ – плотность очищаемого вещества, кг/м3. Гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление фильтра – это разность

давлений на входе и выходе фильтра. При проектировании назначается начальное и конечное сопротивление фильтра. При достижении конечного сопротивления процесс фильтрации прекращается, и фильтр подвергается регенерации.

Методика расчета 1. Выбирают материал для изготовления фильторэлемента, исходя из условия

эксплуатации фильтра, прочностных, коррозионных характеристик материала и экономических соображений (или по варианту).

2. Определяют максимальный размер пор dп макс, мкм:

АБСТОПdd ⋅= 3max ,

где dто a6c – абсолютная тонкость очистки, мкм. 3. Определяют средний размер пор dп ср, мкм:

243,0

max25,1 ПddПСРП

⋅⋅= 9,

где П – пористость фильтроэлемента. 4. Определяют размер частиц порошка для изготовления фильтроэлемента dч ср,

мкм:

2П

dd

СРП

СРЧ= .

5. Назначают толщину фильтроэлемента h по технологическим и прочностным соображениям в пределах 0,25–5мм (обычно – 1мм).

6. Находят скорость потока в порах wп, м/с:

µ⋅⋅⋅∆=h

dPW

СРПНАЧ

П 208

2

,

где ∆Рнач – начальное сопротивление фильтра, Па; µ – вязкость фильтруемого вещества, Па·с.

7. Определяют площадь фильтрации F, м2:

ПW

QF

П⋅

= .

8. Определяют расчетное конечное сопротивление фильтра ∆Ркон р, Па:

( )

+

⋅−⋅−∆=∆

⋅⋅⋅⋅− h

ВА

ee

h

РP

ВХqAhBAНАЧ

КОН

11

τ

,

где А - опытный коэффициент, зависящий от размеров частиц и размер пор: для очистки газов А=5,25·103 с–1, для очистки жидкостей А=10 с–1; τ – время работы фильтра, с; qвх – объемное содержание твердых частиц в фильтруемом веществе на входе фильтра: qвх=Свх/ρч, Свх – концентрация загрязнителя, кг/м3; ρч – плотность частиц загрязнителя, кг/м3;

В рассчитывают по формуле, с/м:

( )01 ПW

ПВ

Ф

−⋅= ,

где скорость фильтрации wф=П·wп, м/с; пористость осадка ПО=0,5. 9. Определяют максимально допустимое время работы фильтра (если ∆Ркон р

отличается от заданного ∆Ркон) τ, c:

−⋅⋅⋅

∆∆

+⋅⋅

=⋅⋅− hВА

НАЧ

РКОН

ВХe

hВА

Р

P

qА 11ln

1τ .

10. Определяют эффективность очистки:

%100⋅−=ВХ

ВЫХВХ

q

qqη .

Если конечные данные не удовлетворяют требованиям, то расчет производят вновь, изменив размеры фильтроэлемента или структурные свойства его материала.

Примечание: единицы измерения величин в формулах необходимо перевести в систему СИ.

Задание Выполнить расчет фильтра для очистки воздуха от пыли глинозема, при

нормальном атмосферном давлении и температуры воздуха 20 °С. Требуемая тонкость очистки dто абс. Наибольшее допустимое (конечное) сопротивление фильтра ∆Ркон.

25Начальное сопротивление фильтра ∆Рнач=10 кПа. Время непрерывной работы фильтра τ. Расход воздуха Q. Концентрация пыли в воздухе Свх.

Плотность частиц загрязнителя ρч=3,9·103кг/м3. Вязкость воздуха при 20 °С: µ=18·10–6 Па·с.

Таблица 9 Исходные данные (варианты)

№ вар

Q, м

3/ч Свх мг/м

dто абс, мкм

∆Ркон, кПа

τ, ч Пористый материал

Форма частиц

П h, мм

1, 10 150 5 5 20 50 Бронза Сфера 0,33 1 2, 11 160 10 4 25 45 Ст50ХГ Сфера 0,25 0,7 3, 12 120 15 3 15 40 Ст50ХГ 80 % Сф 0,30 0,5 4, 13 140 20 10 20 35 Ст50ХГ 20 % Сф 0,28 2 5, 14 100 25 16 15 30

Ст50ХГ Лепестковая 0,26 3

6, 15 130 30 25 20 25 0,24 4 7, 16 170 35 10 25 20

Железо Тарельчатая 0,38 2

8, 17 100 40 16 15 15 0,42 3 9, 18 180 45 25 20 10 Бронза Сфера 0,35 4

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3. РАСЧЕТ СКРУББЕРА И ФОРСУНКИ

Цель работы: Применение приобретенных знаний и навыков при расчете

скрубберов и форсунок. Основные положения Форсунки используются для распыления жидкости и газа в различных аппаратах

защиты окружающей среды (аппараты мокрой очистки газов, абсорберы, адсорберы, аппараты биохимической очистки газов). Мокрая очистка эффективнее сухой очистки за счет контакта пыли или газа с каплями жидкости. Форсунки можно разделить на три класса: центробежные, центробежно-струйные, ударно-струйные. В данной работе рассматривается центробежно-струйная форсунка с завихряющими вставками (рис. 1). Для расчета форсунки необходимы следующие данные:

−требуемая производительность Q (м3/с); −перепад давления ∆Рж (Па); −корневой угол факела β (град); −свойства жидкости: плотность ρж (кг/м3), вязкость µж (Па·с), поверхностное натяжение σ; −свойства газа: плотность ρг (кг/м3), вязкость µг (Па·с); −коэффициент расхода γ. Методика расчета I. Расчет скруббера 1. Определяют сечения скруббера S, м2:

υГ

QS = ,

где Qг − объемный расход очищаемого газа, м3/с; υ − скорость пропускания потока, м/с. 2. Определяют диаметра скруббера Dскр, м:

πS

DСКР

4= .

3. Определяют высоты скруббера Нскр, м:

СКРСКРDH )4...3(= .

26II. Расчет форсунки 1. Определяют диаметр сопла форсунки dc, м:

Ж

Ж

CP

Qd

ρπγ ∆

=2

4.

2. Определяют диаметр вкладыша и равный ему внутренний диаметр корпуса форсунки D, мм:

СdD 925.1= .

При dc<14 мм значения D принимают 27 мм. 3. Определяют высоту вкладыша h, мм: h = 2,5+2·dc. (6) 4. Определяют длину соплового канала l1, мм:

Cdl )15.0(1 −= .

5. Определяют высоту камеры смещения l2, мм:

22

2 θtg

dDl C−

= .

где θ=110–130° – угол конусности камеры. 6. Определяют диаметр центрального канала, d0, мм:

CC ddd 024.0676.00 −= .

7. Определяют суммарную площадь закручивающих каналов Sк, мм2:

0075.1 dSK π= .

8. Определяют угол наклона закручивающих каналов:

32.0053.0lg

58.0

2

2

0 +

=

Cd

dβα ,

где β в рад; далее находят α=10х (рад) и переводят в град, где x=lgα. 9. Определяют размер закручивающих каналов α, мм:

αα

cos⋅=

n

SK ,

где n=4÷6 – число каналов. 10.По необходимости определяют средний объемно-поверхностный диаметр

капель жидкости dж, мм: 23.044,0154,0 CЖЖ

dРd ∆= ,

где ∆Рж в МПа, dс в мм.

27Таблица 10

Исходные данные (варианты) Вариант QГ, м

3/ч υ, м/с Q, м3/ч ∆РЖ, МПа Γ β 1. 3000 3 30 0,5 0,85 60 2. 2500 2,5 25 0,4 0,80 65 3. 2000 2 20 0,3 0,78 70 4. 1500 1,5 15 0,2 0,73 75 5. 1000 1 10 0,15 0,70 80 6. 500 0,5 5 0,15 0,65 60 7. 2200 2,2 22 0,45 0,67 70 8. 1800 1,8 18 0,22 0,75 80 9. 1200 1,2 12 0,25 0,79 65

Практическая работа № 4

Решение задач

1. Определить количество диоксида и оксида азота, которое следует учитывать в расчете загрязнения атмосферного воздуха, если с дымовыми газами выделяются 100 г в секунду оксидов азота, в т.ч. 3% диоксида азота.

2. На первой ступени очистку дымовых газов проводят в циклоне и коэффициент полезного действия (КПД) циклона составляет 64,6 %. На второй ступени очистки установили рукавный фильтр. После этого суммарный КПД установки определен равным 91,2 %. Рассчитать действительный КПД второй ступени установки по очистке от пыли. Масса поступающего газа 1000 кг.

3. Опытный образец золоуловителя для очистки дымовых газов состоит из шести участков. Степень очистки на каждом участке, при работе без подачи напряжения, составляет 29 %. При подаче напряжения степень очистки воздуха распределяется по участкам следующим образом: 1-й участок – 34 %, 2-й – 31 %, 3-й – 13 %, 4-й – 11 %, 5-й – 7 %, 6-й – 3 %. Определить общий коэффициент полезного действия циклонного золоуловителя, работающего в обычном и электроциклонном режимах.

4. Циклоны применяют для очистки воздуха от высокодисперсных частиц магнезии. Очистка газов от частиц аэрозоля улучшается при действии на них одновременно центробежных и электрических сил. Во сколько раз уменьшается унос магнезии с очищенным газом, если концентрация аэрозоля магнезии на входе в циклон 1,71 г/м3, на выходе – 0,2 г/м3, а на выходе из циклона при работе его в электроциклонном режиме – 0,03 г/м3. Определить увеличение коэффициента полезного действия циклона при работе в электроциклонном режиме.

5. Дымовые газы на выходе из печи содержат 3,1 мас.% оксида углерода (IV). На участке между печью и дымовой трубой вводится еще 5 кг/с дымовых газов, содержащих 65 мас.% оксида углерода (IУ). Концентрация оксида углерода (IV) на выходе из дымовой трубы составляет 8,7 мас.%. Определить расход дымовых газов на выходе из печи.

6. В металлургии при проведении высокотемпературных процессов имеет место возгонка вредных примесей. Пары Pb, Zn, Cd, As, Se и других металлов или их оксидов с дымовыми газами поступают в газоход, где под действием понижения температуры десублимируются. Разработана технология улавливания возгонов в газоходе с целью предотвращения образования аэрозолей, основанная на осаждении возгонов на вводимых в газоход относительно холодных частицах с развитой поверхностью. Эти крупные частицы улавливают далее в системе пылеочистки. Рассчитать степень очистки дымовых газов от возгонов при температуре 350 С, если при 200 С осаждается 99 % частиц, 300 С – 92 %, 400 С – 85 %. Рассчитать необходимую массу вводимых частиц, если удельная поверхность частиц составляет 15 м2·г, а доля поверхности частиц, покрытая возгонами, равна 12 % (площадь, занимаемая одной молекулой возгона ZnO = 10-21 м2).

28

III. Методические указания по выполнению лабораторных работ

Лабораторная работа № 1

Определение дисперсности сыпучих материалов

Цель и задачи работы:

1. Построение и исследование дифференциальных и интегральных кривых распределения размеров частиц дисперсного материала, определение на основании построенных графиков среднего размера частиц СРd и коэффициента отклонения 0R ;

2. Определение удельной поверхности УДS дисперсного материала

фильтрационным методом. Обеспечивающие средства: − прибор 028 М для механического рассева 9для сит диаметром 190 мм0; − гидравлический пресс лабораторный; − сосуд Марриота; − измерительная металлическая гильза; − технические весы с точностью до 0,01 г. Задание: а) ситовый анализ. Навеску порошкообразного материала (100…200 г)

поместить на верхнее сито прибора, закрыть крышкой и при включенном электродвигателе произвести просев в течение 20…30 минут. После окончания просева каждую фракцию с соответствующего сита взвесить на технических весах и занести в таблицу 11.

б) Определение удельной поверхности порошка. Навеску порошка, взвешенную с точностью до 0,01 г, поместить в гильзу, причем величину навески подобрать так, чтобы

засыпанный дисперсный материал заполнил гильзу на 21

31 − ее объема.

Предварительно поместить на дно гильзы аккуратно вырезанный кружок фильтровальной бумаги. Порошок в гильзе покрыть кружком фильтровальной бумаги и закрыть гильзу плунжером. Затем установить гильзу под ручной гидравлический пресс и прессовать до давления 30 – 40 атм. После прессования измерить высоту слоя материала в гильзе по шкале. Все измерения произвести при постоянной температуре окружающей среды с отклонением ее температуры не более чем на 0,20

С. Далее производят измерение скорости фильтрования воздуха через слой дисперсного материала по ниже приведенной методике и результаты заносят а таблицу 12.

Требования к отчету: итоги лабораторной работы представить в виде графиков –

дифференциальной и интегральной кривых распределения; определение удельной поверхности порошков и коэффициента проницаемости слоя вычислить по графикам, которые приведены в разделе обработки результатов опытов и составление отчета.

Описание лабораторной работы Теоретическая часть: Дисперсный состав пыли является одной из наиболее важных характеристик. Не

зная дисперсности промышленных пылей, нельзя объективно оценить степень очистки в действующих пылеочистных установках и прогнозировать ее для вновь проектируемых установок. Методы расчета эффективности многих пылеуловителей основаны на использовании знаний о дисперсном составе пыли и функции фракционной степени очистки. В свою очередь, фракционные степени очистки газа от пыли в каком – либо

29аппарате можно определить только на основе достаточно достоверных анализов дисперсного состава исходной, уловленной или вынесенной пыли.

Сыпучие материала в зависимости от размеров частиц можно разделить на 5 групп: 1. кусковые с ммd 10max =≥ ;

2. крупнозернистые с ммd 10...2max = ;

3. мелкозернистые с ммd 2...5,0max = ;

4. порошкообразные с ммd 5,0...05,0max = ;

5. пылевидные с ммd 05,0max ≤ .

Важнейшей характеристикой сыпучих материалов является дисперсность ( d1 ).

Дисперность определяет технологические свойства сыпучего материала и может быть выражена функцией распределения частиц (зерен) по крупности, или величиной удельной поверхности частиц. Удельной поверхностью S называется отношение площади поверхности частиц к их объему или массе. Так, например, дисперсный состав цемента определяет его прочность при затвердевании; размер частиц характеризует кроющую способность лаков и красок; по величине удельной поверхности судят об активности катализаторов и т.д.

В промышленной практике принято характеризовать сыпучий материал по составу следующим образом:

- распределением его частиц по размерам, определяемым ситовым анализом; - средней величиной удельной поверхности частиц. Ситовой анализ. Пробу измельченного сыпучего материала можно разделить на

несколько фракций, просеяв навеску через набор различных сит. Число фракций не должно быть менее 5 и более 20. Размеры частиц полученных фракций ограничены размерами отверстий сита. Под размерами сита обычно понимают длину стороны квадратной ячейки, образуемой переплетением ткани или сетки. Нижняя граница размеров ячеек сит в ГОСТ 3584-53 находится около 40 мкм. Самые тонкие сита могут быть использованы только для анализа хорошо просеивающихся (не слипающихся) порошков. Отношение размера ячеек сита к размеру отверстия последующего, более мелкого сита, является постоянной величиной и называется модулем набора сит. Отношение суммарной площади к общей поверхности сита также остается постоянным и равным 36 % для всего ряда сит.

Полный ситовый анализ для определения степени дисперсности при машинном рассеве проводят в следующем порядке: анализируемую пробу помещают на сито с наибольшими размерами ячеек в используемом наборе. Материал, прошедший через сито (так называемый «проход»), падает на следующее, более тонкое, и так до последнего, самого тонкого. Обычно при рассеве сита ставят друг над другом и разделяют пробу на фракции за одну операцию.

Результаты ситового анализа представляют графически в виде дифференциальной кривой распределения, показывающей процентное содержание отдельных фракций в материала, либо в виде интегральной (или кумулятивной) кривой распределения, изображающей суммарное содержание всех фракций меньше (или больше) данного размера, рис. 3.

30

а

Б

б)

Рис. 3. Результаты ситового анализа: а) дифференциальная кривая распределения; б) интегральные кривые распределения;

1 – проход; 2 – остаток на сите. Фракция, представленная на графике точкой, рис. 3., соответствует среднему

размеру частиц в ней, определенному как среднее арифметическое между размерами отверстий двух соседних сит (через одно отверстие фракция прошла, на другом задержалась).

Средний размер частиц рекомендуется выражать через средневзвешенный диаметр

CPd , определяемый по аддитивности из соотношения:

∑=+++= iinnCP dmdmdmdmd ...2211 , (1)

где nmmm ..., 21 - содержание каждой фракции в пробе дисперсного материала, массовые

доли;

nddd ..., 21 - средний размер частиц данных фракций (среднеарифметическая величина

отверстий сита, через которое данная фракция прошла, и сита, на котором она задержалась); i - число фракций.

Характеристикой однородности состава дисперсного материала служит коэффициент отклонения 0R , определяемый следующим образом. Из размера отверстий

сита 84d , отвечающего содержанию 84% на интегральной кривой остатков, вычитают

размер отверстия 16d , соответствующий 16% на этой кривой, полученную разность делят

на удвоенный диаметр 50d и умножают на 100, т.е.

1002 50

16840 ⋅

−=

d

ddR . (2)

Таким образом, при определении 0R из общей массы анализируемого материала

(навески) отбрасывают 16% наиболее мелких и наиболее крупных фракций и в расчет

принимают только оставшиеся 32 сыпучего материла. Чем меньше коэффициент 0R , тем

однороднее продукт. Измерение удельной поверхности материала. Для многих технологических

процессов эта характеристика дисперсности удобна тем, что выражается только одной

31величиной. Зная величину удельной поверхности порошка S , можно легко определить средний диаметр частиц CPd из зависимости:

CPCP

CP

Ч

Ч

ddn

dn

nV

nSS

6

6

3

2

===ππ

, (3)

где n- число частиц в пробе;

ЧS и ЧV - поверхность и объем частицы диаметром CPd , причем CPЧ

Ч d

GS

ρ= (здесь G -

масса пробы или навески; Чρ - плотность материала частиц). Измерение удельной поверхности частиц производят различными методами.

Наибольшей простотой отличается фильтрационный метод или метод определения S воздухопроницанием при давлении, близком к атмосферному (применим для частиц с

ммd 5max ≤ ). Метод основан на закономерностях ламинарного течения воздуха через

слой сыпучего материала. Гидравлическое сопротивление Р∆ слоя сыпучего материала высотой L при

ламинарном движении потока газа или жидкости можно рассчитать по формуле Гагена – Пуазейля:

2

32

Эd

LwP

µ=∆ , (4)

где µ и w- динамический коэффициент вязкости и скорость потока, соответственно;

Эd - эквивалентный диаметр межзерновых каналов, причем:

( )Srdm

ГЭ εε

−==

1

44 , (5)

здесь Гr - гидравлический радиус; 25,1=m - коэффициент, учитывающий застойные зоны. Слой сыпучего материала (при условии, что частицы не деформируются под

давлением, близком к атмосферному) может уплотняться в различной степени, причем S будет оставаться неизменной. При этом предполагается, что движение воздуха через слой материала аналогично его движению через систему капилляров поперечного сечения и различной извилистости. Внутренняя поверхность капилляров в единице объема слоя равна удельной поверхности измельченного материала (здесь имеется в виду только внешняя поверхность, без учета внутренней поверхности частиц).

Суммарное поперечное сечение капилляров соответствует порозности ε , т.е. доля объема, не занятого дисперсным материалом. Длину капилляров принимают близкой к высоте слоя порошка, а скорость течения воздуха определяется с учетом застойных зон. Закон Пуазейля для процессов фильтрации газа или жидкости через слой сыпучего материала принимает вид:

( )32

1

εεµ −⋅⋅=∆

Эd

wA

L

Р, (6)

где А - коэффициент пропорциональности.

С учетом уравнения (5) выражение для удельной поверхности частиц S (в 3

2

мм )

можно записать

µτ

εε

ФВ kL

Р

РV

PFS

1

1 1

2

⋅∆⋅−

= , (7)

где F - площадь поперечного сечения слоя, м2; τ - продолжительность фильтрации воздуха, с; P - среднее давление в слое дисперсного материала, равное:

32

2

PPP

∆−= , Па;

1P - давление воздуха перед слоем дисперсного материала, Па;

ВV - объем профильтрованного воздуха (в условиях вязкого потока), м3; L - высота дисперсного слоя, м;

P∆ - перепад давления в слое сыпучего материала, Па;

Фk - коэффициент формы капилляра, по опытным данным равный 2,5; µ - динамический коэффициент вязкости воздуха, Па·с.

При движении воздуха через слой высокодисперсного материала с размером частиц < 100 мкм наблюдаются отклонения от закона Пуазейля, вызванные появлением эффекта «скольжения» воздуха относительно зерен слоя. С уменьшением размера зерна доля потока «скольжения» обычно возрастает и может составлять до 80 % всего потока воздуха. С учетом потока «скольжения» уравнение (7) примет следующий вид:

M

RT

LVP

PFS

CC π

τε

ε 2

13

8

1

75,2

⋅⋅∆⋅⋅⋅

−⋅= , (8)

где CV - поток, обусловленный скольжением газа, м3;

R- газовая постоянная; мольК

эргR

⋅⋅= 71031,8 ;

Т - абсолютная температура, К; М - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль.

О появлении в фильтрационном потоке «скольжения» можно судить по величине коэффициента 1П , учитывающего структуру слоя (порозность, извилистость каналов, застойные зоны и пр.), а также физические свойства потока:

µρ

ε⋅= 0

1

КП , (9)

где 0К - общий коэффициент фильтрации газа (или проницаемости слоя), равный τPF

LVР

∆01 ;

0V - общий объем профильтрованного газа;

ρ - плотность воздуха; µ - динамический коэффициент вязкости газа.

В пределах изменения безразмерного коэффициента 1П от 100 до 0,1 в потоке газа имеют место как вязкое течение, так и скольжение. В области 1П > 100 наблюдается только вязкое течение газа.

Описание установки.

Установка 028 М для механического рассева состоит из набора сит, устанавливаемых на столике. Сита накрываются крышкой 3 и закрепляются винтами. На столике смонтирован электродвигатель, который приводит во вращение эксцентрированный вал. Кроме вращательного движения столик производит возвратно-поступательное движение при помощи кулисы. Для встряхивания сит в вертикальном направлении по крышке периодически ударяет рычаг. Основной частью установки является измерительная гильза со шкалой, по которой определяют высоту дисперсного слоя. Для измерения перепада давления в слое служат водяной манометр, сосуд Марриота и мерный цилиндр. Измерительная гильза помещается в лабораторный гидравлический пресс и закрывается плунжером.

Методика проведения работы Ситовый анализ. Навеску порошкообразного материала (100 – 200 г) помещают

на верхнее сито, закрывают крышкой и закрепляют винтами на столике установки

33механического рассева. Включают электродвигатель и производят просев в течение 20 – 30 минут. После окончания просева каждую фракцию с соответствующего сита взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и заносят в таблицу 11. Суммарная масса всех фракций не должна отклоняться от массы исходной навески, взятой для анализа, более чем на 2%.

Определение удельной поверхности порошка. Навеску порошка, взвешенную с точностью до 0,01 г, помещают в гильзу, причем величину навески подбирают таким образом, чтобы запыленный дисперсный (порошкообразный или пылевидный) материал заполнил гильзу на 1/3 – ½ объема. Предварительно помещают на дно гильзы аккуратно вырезанный кружок фильтровальной бумаги. Порошок в гильзе покрывают вторым кружком фильтровальной бумаги и закрывают гильзу плунжером. Затем ставят гильзу под ручной гидравлический пресс и прессуют до давления 30 – 40 атм. После прессования измеряют высоту слоя материала в гильзе (по шкале, расположенной на гильзе). Затем присоединяют гильзу вакуумным шлангом к измерительной части установки. Все измерения производят при постоянной температуре окружающей среды (20 – 250С). За время измерения нельзя допускать изменения температуры среды более чем на 0,20

С. Сосуд Марриота заполняют дистиллированной водой при комнатной температуре через воронку, открыв краны. После заполнения сосуда водой краны закрывают. Если в кране или стеклянном отводе останется пузырек воздуха, его следует удалить, открыв краны и слив часть воды.

После подготовки к работе измерительной части прибора проверяют, присоединена ли измерительная гильза к вакуумному шлангу, и производят измерение скорости фильтрования воздуха через слой дисперсного материала. Открывают кран и включают секундомер. Вода вытекает из сосуда в мерный цилиндр под действием разности давлений в системе и атмосферного. Атмосферное давление измеряют по барометру. Скорость фильтрования воздуха определяют по времени вытекания из сосуда Марриота определнного количества воды. Замеры повторяют 2 – 3 раза для разных навесок дисперсного материала, занося их в таблицу 11.

34Таблица 11

Результаты ситового анализа Номер сита Размер

отверстий в сите, мм

Средний размер зерна на сите, мм

Содержание зерен во фракции Интегральные характеристики остатки на сите проход через сито

Г % Г % Г % 2,5 - - - - - - - 1,5 1,0 0,63 0,4

0,315 0,2 0,16 0,1

0,063 0,05

Поддон - х 100% - - - - Итого

* включая потери во время опыта

35Таблица 12

Отчетная таблица по определению удельной поверхности порошка

Номер

зам

ера

Навеска порошка,

G

, кг

Тем

пература

воздуха до зам

еров, 0 С

Тем

пература

воздуха после замеров, 0 С

Врем

я зам

ера,

τ, с

Объем

вытекшей

воды

VВ, см

3

Порозность слоя

порошка ε

Перепад

давления в

слое порошка ∆Р

, см

рт.ст

Давление в

середине слоя, Р

1, см

рт.ст

Коэф

фициент

структуры

слоя и

физических свойств потока,

П

1

Коэф

фициент

фильтрации или

проницаемости слоя К

0

Величина удельной

поверхности порошка, см2/см3

SB SC

1 2 3

36Обработка результатов опытов и составление отчета.

Ситовой анализ. Результаты измерения веса отдельных фракций порошка,

оставшегося на каждом сите, заносят в отчетную таблицу 11. По данным таблицы 11 строят графики рис.3 а и б.

Процентное содержание зерен во фракции определяют из соотношения 1000 ⋅G

Gi ,

где iG - вес порошка на сите, г;

0G - общий вес всех фракций, равный исходной навеске.

Средний размер частиц CPd рассчитывают по формуле 1. Коэффициент отклонения

0R рассчитывают по формуле 2.

Определение удельной поверхности порошков и исследование зависимости S

от коэффициентов проницаемости слоя. Величину удельной поверхности BS (см2/см3) по данным вязкого течения потока воздуха через слой частиц (по аэродинамическим сглаженным профилям частиц) в зависимости от величины безразмерного коэффициента проницаемости 1П вычисляют по формулам:

для 1П от 3 до 100

26,010

24 1

11073,8

ПKSB ε

ε−

⋅= , (10)

для 1П от 0,1 до 3

83,010

25 1

1102,1

ПKSB ε

ε−

⋅= , (11)

для 1П > 100

0

24 1

1107,4

KSB ε

ε−

⋅= . (12)

В формулах 10 – 12: ε - порозность, определяемая по формуле:

MM

M

V

G

⋅−=

ρε 1 , (13)

где MG - навеска порошка, г;

Mρ - плотность частиц порошка, г/см3;

MV - объем, заполненный порошком в гильзе 10 после прессования, в см3, вычисляют по формуле:

LFVM ⋅= , (14) где F - площадь поперечного сечения гильзы, равная 4,906 см2; L - высота слоя порошка в гильзе после прессования, см;

0K - коэффициент проницаемости (фильтрации), определяемый по формуле:

τPF

LVPK В

∆= 1

0 , (15)

здесь 1P - давление в середине слоя порошка, в см. рт. ст., причем 21

РPP АТМ

∆−= ;

АТМР - атмосферное давление в см рт.ст; Р∆ - перепад давления на манометре 12, в см рт.ст;

τ - время, за которое вытекло замеренное количество воды, с;

BV - объем вытекшей воды, см3;

37

1П - безразмерный коэффициент проницаемости, вычисляют по формуле:

ε0

1 585,6V

П = , (16)

где 6,585 – отношение µρ для воздуха при 200

С;

ρ - в г/см3; µ - в г/см·с.

Контрольные вопросы:

1. Какими величинами можно характеризовать дисперсность измельченного материала?

2. Назовите нижнюю границу размеров сит? 3. Как строят дифференциальную и интегральную кривые распределения частиц

материала по размерам? 4. Как определяется средневзвешенный диаметр частиц CPd ?

5. Как определяется коэффициент отклонения 0R ?

6. Что такое гидравлический радиус, эквивалентный диаметр? 7. Когда появляется отклонение от закона Пуазейля при движении воздуха через

дисперсный слой? 8. Какой коэффициент позволяет судить о появлении эффекта скольжения воздуха

вдоль поверхности частиц при движении его в слое мелкодисперсных частиц?

Лабораторная работа № 2

Определение характеристик работы циклона

Цели и задачи работы: 1. Практическое ознакомление с работой установки по пылеулавливанию; 2. Исследование зависимости степени очистки ηциклона и его

аэродинамического сопротивления ЦР∆ от фиктивной скорости газового

потока в циклоне; 3. Определение удельных энергозатрат и влияния концентрации пыли на

эффективность и аэродинамическое сопротивление циклона. Обеспечивающие средства:

− циклон типа ЦН – 15; − вентилятор с электродвигателем; − питатель с дозатором; − фильтровальный патрон; − аспиратор; − бункер с пылью

Задание: исследовать работу циклона в два этапа: на первом – определить

гидравлическое сопротивление циклона в зависимости от скорости газового потока. На втором – степень очистки циклона в зависимости от скорости газового потока при постоянной концентрации твердых частиц в нем, а также эффективность очистки газа от величины удельных энергозатрат.

38Требования к отчету: в результате выполненной лабораторной работы строят

графики зависимости ЦР∆ от скорости воздуха ( wРЦ −∆ ) или ( ВХЦ wР −∆ ), и график

зависимости ρη ЦР∆− (из графика определяют оптимальную скорость воздушного

потока, соответствующую высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении циклона).

Описание лабораторной работы Теоретическая часть. Очистка промышленных пылегазовых потоков от взвешенных в них твердых

частиц пыли может осуществляться путем осаждения твердых частиц под действием различных сил: тяжести, центробежных, электростатических, акустических и др. Одним из наиболее простых и широко распространенных способов очистки неоднородных пылегазовых систем является центробежное разделение рассматриваемых неоднородных систем. В качестве аппаратов-пылеуловителей, в которых можно осуществить такое разделение, используются циклоны различных конструкций.

Циклоны конструкции НИИОГАЗ типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24 предназначены для сухой очистки газовых потоков от твердых частиц, выделяющихся в некоторых технологических процессах (например, в процессе сушки сыпучих твердых материалов, обжига, агломерации, сжигания топлива и др.), а также для очистки аспирационно отсасываемого из мест повышенной запыленности воздуха в различных отраслях промышленности.

Их нельзя использовать для улавливания сильно слипающейся пыли, а также в условиях токсичных или взрывоопасных сред.

В зависимости от требований, предъявляемых к очистке газов, циклоны могут иметь самостоятельное применение или использоваться в качестве аппарата первой ступени очистки в сочетании с другими газоочистными аппаратами (например, электрофильтрами или аппаратами мокрой очистки).

Процесс разделения неоднородных систем газ – твердые частицы под действием центробежных сил обуславливается разностью плотности газового потока и твердых частиц, находящихся во вращающемся движении. Центробежные силы, возникающие при этом, обеспечивают большую эффективность процесса по сравнению с процессом разделения, проходящим в поле только сил тяжести. Соотношение этих сил называют фактором разделения:

Rg

w

mg

Rmw

G

GК ВХ

m

Ц

Р

22

=== , (17)

где ЦG - центробежная сила, отбрасывающая твердую частицу из вращающегося газового

потока к стенкам циклона, Н;

тG - сила тяжести, Н;

т - масса твердой частицы, кг; w- окружная скорость частицы (условно принимаемая равной скорости газового потока во входном патрубке циклона), м/с; R-радиус циклон, м; g - ускорение силы тяжести, м/с2.

Из выражения (17) следует, что эффективность разделения повышается с увеличением скорости газового потока и уменьшением радиуса циклона. Однако значительное увеличение скорости связано с резким возрастанием гидравлического сопротивления циклона и усиления местных завихрений, срывающих уже осевшие на внутренней поверхности стенки циклона твердые частицы, что приводит к ухудшению очистки газа. Обычно наиболее эффективным являются скорости газа на входе в циклон в интервале 15 – 25 м/с или в расчете на полное сечение (поперечное сечение) цилиндрической части циклона в интервале 2,5 – 4,0 м/с.

Работа циклона оценивается по совокупности его основных характеристик:

− эффективность

полезного действия− аэродинамического

− зависимости

− влияния концентрации

сопротивление

Степень очистки (концентрации твердых частиц

Степень очистки газовогоот плотности и вязкости газовогои, конечно, от скорости газового

На рис.4. показана принципиальная

Рис. 41 – корпус циклона

Запыленный воздух входит

под определенным угломопускается спиралеобразно внизконической частей корпусаобразованном цилиндрическойконической зоне, расположеннойвнешний вращающийся вихрькоторых твердые частицыбольшей плотностью, чемтвердых частиц по внутреннейвлиянием силы тяжести

направленного вниз. Достигнувтвердые частицы поступаютначинает менять направлениевнутренний вращающийся

эффективность разделения (степени очистки или

полезного действия); аэродинамического сопротивления циклона; зависимости эффективности циклона от величины удельныхвлияния концентрации пыли на эффективность и

сопротивление циклона. очистки (η , %) можно рассчитать, зная начальную

твердых частиц в газовом потоке, проходящем через циклон

%100⋅−=Н

КН

С

ССη .

очистки газового потока зависит от размера и плотностиязкости газового потока, от типа циклона и его геометрических

скорости газового потока на входе в циклон. показана принципиальная схема работы циклона типа ЦН

4. Принципиальная схема действия циклонакорпус циклона; 2 –входной патрубок; 3 – выхлопная труба

(сборник уловленных твердых частиц)

Запыленный воздух входит в циклон 1 через тангенциально встроенныйопределенным углом к корпусу циклона и, приобретая вращательное

спиралеобразно вниз, вдоль внутренней поверхности стенокчастей корпуса аппарата. Вращаясь вначале в кольцевомцилиндрической частью корпуса циклона и выхлопной

зоне расположенной ниже торца выхлопной трубы, газовыйвращающийся вихрь. При этом развиваются центробежныетвердые частицы, находящиеся в газовом потоке и обладающие

ью чем газ, отбрасываются к стенкам корпусапо внутренней поверхности циклона к бункеру 4

тяжести, но и воздействием силы давления

вниз Достигнув нижнего торца конической частипоступают в бункер. В конической части корпуса циклона

менять направление и перемещаться вверх к выхлопнойвращающийся вихрь. Освобожденный от основной массы

39

очистки или коэффициента

величины удельных энергозатрат; эффективность и аэродинамическое

начальную НС и конечную КС проходящем через циклон:

(18)

размера и плотности твердых частиц, циклона и его геометрических размеров

циклона типа ЦН.

действия циклона ЦН: выхлопная труба; 4 – бункер

тангенциально встроенный патрубок 2 приобретая вращательное движение, поверхности стенок цилиндрической и вначале в кольцевом пространстве,

выхлопной трубой 3, а затем в трубы, газовый поток образует

центробежные силы, под действием потоке и обладающие значительно

стенкам корпуса циклона. Движение обусловлено не только

силы давления газового потока, конической части корпуса циклона,

корпуса циклона газовый поток к выхлопной трубе, образуя

й массы твердых частиц

40газовый поток попадает в выхлопную трубу 3 и, поднимаясь по ней винтообразно вверх, удаляется из циклона.

Оптимальное значение скорости газа на входе в аппарат, обеспечивающей высокую степень очистки пылегазового потока, определяют в каждом конкретном случае с учетом свойств разделяемых неоднородных систем (например, фракционного состава твердой фазы, слипаемости твердых частиц и др.) и его аэродинамического сопротивления.

Общее аэродинамической (гидравлическое) сопротивление циклона складывается из потерь на вязкостное трение и на преодоление местных сопротивлений:

4321 РРРРРЦ ∆+∆+∆+∆=∆ , (19)

где 1Р∆ - сопротивление входа в осадительное пространство, Па;

2Р∆ - сопротивление трения слоев газа о стенку аппарата, Па;

3Р∆ - сопротивление перехода среды из внешней зоны во внутреннюю зону (в выхлопную

трубу) с поворотом на 1800, Па;

4Р∆ - сопротивление трения слоев газа между собой во внутренней спирали и о стенку выхлопной трубы, Па.

Выражая общее гидравлическое сопротивление через динамический напор во входном патрубке и заменяя суммы частных коэффициентов гидравлических сопротивлений общим коэффициентом гидравлического сопротивления циклона Цξ

получим:

2

2Ф

ЦЦ

wР

ρξ=∆ , (20)

2

4

D

VwФ π

= , (21)

где ρ - плотность газовой среды в рабочих условиях, кг/м3;

Фw - фиктивная скорость, отнесенная к полному поперечному сечению цилиндрической части аппарата, м/с; V - расход газового потока через циклон, м3/с; D - диаметр циклона, м.

Степень улавливания пыли (твердых частиц) при всех прочих одинаковых условиях зависит от скорости газового потока, следовательно, и от соотношения ρЦР∆ .

При ρЦР∆ = 500 – 750 м2/с2 обеспечиваются наилучшие условия очистки запыленного

газа. Выше этих значений имеет место перерасход энергии при практически постоянной степени очистки η , ниже – степень очистки будет заметно снижаться.

Удельные энергозатраты на очистку газа можно определить из выражения:

ЦPVNWЕЕ ∆===′ , (22)

при условии τNE = , (23) τVW = , (24)

где E - энергозатраты на очистку газа за время τ ,Дж; N - расход мощности на очистку газа, Вт; W - объем очищенного газа, м3.

Описание установки Установка включает в себя циклон 1, рис. 5., типа ЦН-15 с внутренним диаметром

40 мм, изготовленный из стали. Для подачи в циклон воздуха служит вентилятор 2 с электродвигателем 3. Твердые частицы из питателя 4 с помощью дозатора 5 поступают в воздуховод 6 и образуют с движущимся в этом воздуховоде запыленный воздушный поток. Уловленные в циклоне твердые частицы собираются в бункере 7. Регулирование расхода газа через циклон производится посредством шибера 8, величина расхода газа

измеряется диафрагмой Гидравлическое сопротивлениешлангами со штуцером дляконцентрации пыли в воздушном

величине привеса фильтровальных

пробоотборных трубкахвоздуходувов Г-образные части

избежать попадания пыли

Запыленный воздух, проходязащитной сеткой, оставляетскорость прохождения воздухапрошедшего через фильтровальныйсоблюдаться принцип изокинетичноститрубке и в месте отбора пробы

На лицевой панели щита

электрического питания установкиэлектродвигателя вентиляторачастиц из бункера.

1 – циклон; 2 – воздуховод; 7 – бункерфильтровальный; 13 –

выключатель; 16 – магнитный

Методика проведенияИсследование работы

гидравлическое сопротивлениевтором – степень очистки

диафрагмой 9, работающей в комплекте с дифманометром

сопротивление циклона измеряется дифманометромштуцером для замера давления на входе и выходе из циклонапыли в воздушном потоке на входе и выходе из циклона

привеса фильтровальных патронов (алонжей) 12трубках 13 и соединены с аспиратором 14. Погруженные

образные части пробоотборных трубок выполнены поворотными

попадания пыли в пробоотборные трубки при отсутствии

воздух проходя через фильтровальный патрон с набивкойсеткой оставляет на них содержащиеся в потоке твердыепрохождения воздуха и время его прохождения, определяют

через фильтровальный патрон. При отборе запыленногопринцип изокинетичности – равенства скоростей потока

отбора пробы в воздуховоде. лицевой панели щита управления смонтирован автоматический

питания установки с магнитным пускателем 16 и кнопкамиэлектродвигателя вентилятора. Патрубок 18 с заглушкой 19 служит для

Рис. 5. Схема установки: вентилятор; 3 – электродвигатель; 4 – питатель

бункер; 8 – шибер; 9 – диафрагма; 10, 11 – дифманометр– пробоотборная трубка; 14 – аспиратор; 15

магнитный спускатель; 17 – кнопки управлениязаглушка.

Методика проведения работы Исследование работы циклона проводят в два этапа. На первом

сопротивление циклона в зависимости от скоростистепень очистки циклона в зависимости от скорости газового

41комплекте с дифманометром 10.

дифманометром 11, соединенным выходе из циклона. Определение

выходе из циклона осуществляется по 12, установленных на

. Погруженные внутрь выполнены поворотными, чтобы

при отсутствии измерений. патрон с набивкой из фильтроткани и отоке твердые частицы пыли. Зная

прохождения определяют объем воздуха, отборе запыленного воздуха должен скоростей потока в пробоотборной

автоматический выключатель 15 и кнопками управления 17

служит для удаления твердых

питатель; 5 – дозатор; 6 дифманометр; 12 – патрон

15 – автоматический управления; 18 – патрубок; 19 –

этапа На первом этапе определяют от скорости газового потока. На скорости газового потока при

постоянной концентрации твердых

величины удельных энергозатратВ первой части работы

через патрубок 18 с помощью

вентилятор 2 с помощью

устанавливают шибером 11 снимаются при установленномзаносятся в отчетную таблицу

Во второй части работыже расходах воздуха, как и

быть закрыт заглушкой. Ввоздуха используется твердыйчастиц 25 мкм. Перед началомточностью до 1 мг фильтрующие

их устанавливают в фильтровальные

пробоотборным трубкам Аналогично, как и на

устанавливают первый заданныйВключают аспиратор

«Сеть», и открывают вентиливращения ручек вентилей устанавливают

через ротометры 4. Затем открываютв улиткообразный канал вентиляторапитателе на время отбора проб

Отбор проб через алонжиаспиратор отключают, вентиливентилятора. Далее снимаютнавесками пыли, собираютвзвешивают на аналитических

После этого приступаютс установкой следующей серии6 значениях расхода воздухаопыте заносят в таблицу 13

Рис1 – тумблер включения

вентилятора ротаметра

Обработка опытныхПо экспериментальным

1. Определяют расход

дифманометра 10 и заносят

трации твердых частиц в нем, а также эффективностьудельных энергозатрат.

части работы исследования проводят после удаленияс помощью заглушки 19, т.е. на незапыленном

с помощью магнитного пускателя 16, кнопки

шибером 8 минимальный расход воздуха. Показанияпри установленном расходе воздуха одновременно по

отчетную таблицу 13. второй части работы исследования проводят на запыленном

воздуха как и на первом этапе исследований, при этомзаглушкой. В качестве твердой фазы для создания

используется твердый сыпучий материал – кварцевый песок соПеред началом второго этапа взвешивают на аналитическихмг фильтрующие элементы патронов и заносят в таблицу

устанавливают в фильтровальные патроны 12, которые

13 и ставят в рабочее положение. Аналогично как и на первом этапе, включают вентилятор 2

первый заданный перепад давления на дифманометреВключают аспиратор 14, переместив движок тумблера 1

открывают вентили 3, регулирующие скорость прохождениявентилей устанавливают необходимую скорость прохождения

Затем открывают дозатором 5 и подают кварцевыйулиткообразный канал вентилятора, фиксируют время отбора проб

ремя отбора проб находился песок, и при необходимостичерез алонжи производят в течение 5 минут, после

отключают, вентили 3 закрывают, отключают питаниеДалее снимают алонжи, осторожно вынимают фильтрующие

собирают твердые частицы, находящиеся в фильтровальноманалитических весах.

этого приступают к подготовке установки для проведениядующей серии фильтровальных патронов. Исследования

расхода воздуха в той же последовательности. Полученные13.

Рис. 6. Передняя панель аспиратора 14 (к рис

тумблер включения и выключения аппарата; 2 – разгрузочныйвентилятора ротаметра; 4 – ротаметр; 5 – штуцер для присоединения

Обработка опытных данных и составление отчета экспериментальным данным отчетной таблицы 13 для каждогоОпределяют расход воздуха (V , м

3/с) по градуировочному

и заносят в таблицу 14

42эффективность очистки газа от

после удаления твердых частиц незапыленном воздухе. Включают

кнопки управления 17 и Показания дифманометров 10 и

одновременно по команде «отсчет» и

на запыленном воздухе при таких исследований при этом патрубок должен

создания запыленного потока кварцевый песок со средним размером

взвешивают на аналитических весах с заносят в таблицу 13. После чего

которые присоединяют к

2 и с помощью шибера 8 дифманометре 11.

1, рис. 6, в положение скорость прохождения воздуха. Путем

скорость прохождения воздуха подают кварцевый песок из питателя 4

отбора проб. Следят, чтобы в необходимости его добавляют.

минут после чего тумблером 1 отключают питание электродвигателя

вынимают фильтрующие элементы с находящиеся в фильтровальном патроне, и

для проведения очередного опыта Исследования проводят при 5 –

последовательности Полученные данные в каждом

к рис. 3): разгрузочный клапан; 3 – ручка присоединения к фильтрам

для каждого опыта: по градуировочному графику

432. Рассчитывают скорость газового потока во входном патрубке циклона по

уравнению:

ba

VwВХ ⋅

= , (25)

где 221085,1185,01,0 мbа −⋅=⋅=⋅ , а фиктивную скорость – по уравнению (22) и также заносят в таблицу 14.

3. Рассчитывают соответствующие коэффициенты гидравлических сопротивлений

Цξ и Цξ ′ по уравнению (21) и уравнению

2

2ВХ

ЦЦ

wР

ρξ ′=∆ , (26)

где t

М

+⋅=273

273

4,22ρ , кг/м3 ( ВM =29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха; Bt -

температура воздуха, 0С). 4. Рассчитывают величину ρЦР∆ .

5. Определяют прирост массы уловленного твердого материала, G∆ , кг, по выражениям:

на входе в циклон HK GGG 111 −=∆ , (27) на выходе из циклона HK GGG 222 −=∆ , (28)

где HG1 , HG2 - вес фильтровальных элементов без пыли, на входе и на выходе, кг;

КG1 , КG2 - вес фильтровальных элементов с пылью, соответственно, на входе и на выходе, кг;

6. Определяют массовую концентрацию пыли в воздушном потоке на входе НС и на выходе КС , соответственно:

OTН KV

GС

τ1∆

= , (29)

OTK KV

GС

τ2∆

= , (30)

где V - расход воздуха через алонж, л/мин;

OTτ - время отбора пробы пыли, с;

K - переводной коэффициент ( смK /107,16 36−⋅= ). 7. Рассчитывают и определяют степень очистки по уравнению (19), фактор

разделения – по уравнению (18). 8. Рассчитывают удельные энергозатраты на очистку газа по уравнениям (23),

(24), и (25). 9. Строят график зависимости ЦР∆ от скорости воздуха ( ФЦ wР −∆ ) или

( ВХЦ wР −∆ ).

10. Строят график зависимости ρη Р∆− (из графика определяют оптимальную скорость воздушного потока, соответствующую высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении циклона).

44Таблица 13

Отчетная таблица

опыта

Измеренные величины Показания

дифманометра, присоединенного к диафрагме, Р∆ ,

мм вод. ст.

Показания дифманометра, присоединенного к циклону,

ЦР∆

Время отбора пыли,

OTτ , с

Вес фильтровальных элементов На входе На выходе

мм вод. ст. Па Без пыли,

HG1 , кг С пылью,

КG1 , кг Без пыли,

HG2 , кг С пылью,

КG2 , кг 1. Испытания циклона на незапыленном воздухе

2. Испытания циклона на запыленном воздухе

45Таблица 14

Отчетная таблица

№ опыта

Расчетные величины Расход воздуха, V , м3/с

Количество уловленной

пыли

Концентрация пыли

Скорость воздуха во входном патрубке,

ВХw , м/с

Скорость воздуха в циклоне,

Фw , м/с

Коэффициент гидравлического сопротивления

циклона

ρЦР∆

м2/с2

Степень очистки,

η , %

Фактор разделения,

РК

На входе

1G∆ , кг

На выходе

2G∆ , кг

HC , кг/м3

KC , кг/м3

Цξ Цξ ′

1 2 3 4 5 6

46Контрольные вопросы

1. В каких технологических процессах механической и химико-механической переработки древесины возможно образование газопылевых потоков?

2. Какие аппараты применяются для улавливания пыли? 3. Как устроен циклон? 4. За счет чего в циклоне возникает центробежная сила? 5. Что такое фактор разделения? 6. Как влияют диаметр циклона и скорость газового потока на его разделяющую

способность? 7. Что называется степенью очистки или коэффициентом полезного действия? 8. Как определить концентрацию твердых частиц в газовом потоке на входе и на

выходе из циклона? 9. Что понимается под гидравлическим сопротивлением циклона, как оно

рассчитывается, и какие факторы влияют на его величину? 10. Как рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления циклона и как

определяются удельные энергозатраты на очистку газа?

Лабораторная работа № 3 Установить основные размеры однополочного пенного газопромывателя

Цель и задачи работы: 1. Выбор геометрической формы аппарата. 2. Выбор основных характеристик газораспределительной решетки. 3. Определение гидравлического сопротивления газораспределительной решетки. Обеспечивающие средства: − камера пенного аппарата с газораспределительной решеткой; − газодувка; − бак с водой; − бункер с пылью. Задание: подготовить запыленный газ с заданной концентрации и с заданными

размерами частиц на циклонной установке; подать воду в камеру пенного аппарата; с помощью газодувки направить подготовленный запыленный газ в пенный газонадуватель; отобрать пробу очищенного газа на выходе из газопромывателя и определить концентрацию запыленности.

Требования к отчету: итоги лабораторной работы представить в виде

технологических расчетов и по вычисленным конструктивным размерам изобразить принципиальную схему пенного газопромывателя.

Описание лабораторной работы Теоретическая часть: Очистка газов от пыли, дыма и тумана необходима во многих производствах

химической, целлюлозно-бумажной, металлообрабатывающей, горной и других отраслях промышленности, при газификации топлива, нефтедобыче и нефтепереработке, для обезвреживания отходящих газов различных котлов, вентиляционных установок и т.п. В настоящее время в промышленности для очистки газов используют различные мокрые фильтры. Среди них одними из наиболее перспективных являются пенные газоочистители. Пенный способ может быть использован для весьма эффективной очистки газов от твердых и жидких загрязнений.

На основании имеющихся в литературе обобщений механизм пылеулавливания при пенном режиме можно представить следующим образом. Основным препятствием, затрудняющим доступ высокодисперсных частиц к поверхности осаждения, является

47пограничный газовый слой, в котором затухают турбулентные пульсации потока. Преодоление пылинкой пограничного слоя происходит за счет инерции, приобретенной в момент выброса частица из турбулентного вихря в пограничный слой. Процесс пылеулавливания в слое подвижной пены происходит в основном вследствие турбулентного процесса частиц пыли из газа на весьма развитую поверхность жидкости, где частицы пыли фиксируются и таким образом, улавливаются частицы, обладающие достаточно большой кинетической энергией для преодоления пограничного ламинарного слоя газа.

Пенный аппарат можно рассматривать как двухступенчатый пылеуловитель. Меньшая часть пыли, преимущественно крупные фракции, обладающие наибольшей кинетической энергией, улавливаются в подрешеточном пространстве. Это происходит вследствие инерционного выброса, вызванного переменой направления газовых струй при прохождении через решетку, последующего осаждения выделившихся пылинок на нижней, смоченной поверхности решетки и дальнейшего смывания их протекающей через отверстия водой. Второй основной ступенью является промывание газа в слое динамической пены. Пылинки, попадающие в газовые пузырьки пены, в результате сильного трения и перемешивания газа с жидкостью ударяются о пленки жидкости и улавливаются ими. Эта ступень, в свою очередь, состоит из двух стадий улавливания частиц. Таким образом, можно выделить следующие стадии процесса:

1) инерционное улавливание частиц пыли в подрешеточном пространстве; 2) первая стадия улавливания частиц пыли в пенном слое (механизм удара); 3) вторая стадия улавливания частиц пыли в пенном слое (инерционно-

турбулентное осаждение частиц пыли на поверхности пены). Методы расчета и пенных аппаратов 1. Выбор расчетной скорости газа в аппарате Гw . Скорость газа в полном сечении аппарата является одним из определяющих

факторов, от которых зависит эффективность работы аппарата в целом, поэтому очень важно правильно выбрать её расчетное значение. Допустимый диапазон скоростей газа в пенном аппарате лежит в пределах 0,5 – 3,5 м/с. При верхнем пределе скорости газа 3,0 – 3,5 м/с резко возрастает унос воды с решетки в виде брызг. В аппаратах, имеющих высокий слой пены (100 – 300 мм) значительный брызгоунос начинается при Гw = 3 м/с. В пылеуловителях, где высота слоя пены не превышает 100 – 300 мм, струйный прорыв газа, разрушение пены и сильный брызгоунос начинается при Гw = 2,0 – 2,5 м/с. Таким образом, при скоростях газа свыше 2 м/с уже необходимо использовать брызгоуловители.

Нижним пределом скорости газа для пенных газоочистителей следует считать такую скорость, при которой жидкость сильно протекает через отверстия решетки, из-за чего высота пены становится малой, а жидкость иногда не полностью покрывает решетку. Для обычных условий при переменной нагрузке газопромывателя Гw = 1 м/с считается нижним пределом расчетной скорости газа. Обычно средняя величина скорости около 2 м/с является лучшей расчетной скоростью для тех случаев, когда в процессе эксплуатации можно ожидать значительное повышение и понижение нагрузки аппарата. При этом свободное сечение решетки устанавливается с таким расчетом, чтобы жидкость частично протекала через все отверстия с целью их промывки. Такой режим соответствует ориентировочно скорости газа в отверстиях 0ω при диаметре отверстий 0d = 6 – 4 мм и от

6 до 8 м/с при 0d = 2 – 3 мм.

2. Определение площади и формы сечения аппарата. Площадь сечения S (м2) равна:

ГwVS = , (31)

где −V расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях, м3/с. Площадь сечения аппарата определяется и возможностью равномерного

распределения газа и сильно зависит от конструкции устройства для ввода газа. При

48обычном вводе газа через диффузор максимальная площадь сечения однополочного аппарата составляет 5 – 7 м2. При наличии распределительной коробки эта величина может быть значительно увеличена (до 20 м2). При проектировании пенных аппаратов не следует предусматривать увеличение рабочей площади сечения против расчетной, так как этим снижается скорость газа в полном сечении аппарата, а, следовательно, и эффективность работы аппарата в целом.

Затем выбирают форму сечения аппарата. Для равномерного распределения газа предпочтительнее круглое сечение диаметра:

πSDап 4= . (32)

При необходимости обрабатывать большие количества жидкости с малым

расходом воздуха (например, для частичной десорбции) целесообразнее применять аппараты промежуточного сечения. Чем больше расход жидкости, тем выше соотношение ширины решетки b к длине l по потоку жидкости. Если обрабатываются большие объемы газа, следует предусматривать батареи аппаратов. В этом случае для удобства компоновки такие можно установить аппараты прямоугольного сечения.

3. Расчет расхода поступающей воды производят различно, в зависимости от температуры и запыленности газа, дисперсности пыли и других параметров поступающих газов. Для холодных и сильно запыленных газов расход воды определяют из материального баланса пылеулавливания.

Концентрацию пыли в выходящем газе находят по формуле (при этом изменением объема газа пренебрегают):

( )η−= 1нк сс , (33)

где −нс начальная концентрация пыли в газе, кг/м3;

−η заданная степень пылеулавливания, доли единицы. Затем вычисляют количество улавливаемой пыли:

ккннn сVсVG ⋅−⋅= , (34)

где −nG количество улавливаемой пыли, кг/с;

−кV расход газа, выходящего из аппарата, м3/с. Концентрацию пыли в жидкости (отношение твердого {т} к жидкости {ж})

принимают в зависимости от свойств пыли в пределах от 1/5 до 1/20. Для минеральных пылей, не склонных к цементации и налипанию, можно принимать отношение т : ж равным или немного менее 1/5. Для цементирующихся пылей – 1/20.

Около 70% пыли обычно удаляется с жидкостью, протекающей через отверстия решетки, т.е. коэффициент распределения пыли РК = 0,7. Расход воды через отверстия определяется массой уловленной пыли, концентрацией пыли в жидкости и коэффициентом РК , а затем подбирается решетка, обеспечивающая заданную утечку жидкости. Утечка воды YL может колебаться от нескольких процентов до 100%, обычно

YL при расчетах принимается равной 50% от расхода воды. Тогда расход воды, поступающей на решетку:

( ) жт

KG

жт

KGL

pnpn

:

2

:5,0

⋅=

⋅⋅

= . (35)

Для нагретых и малозапыленных газов расход воды определяют путем полного теплового расчета аппарата. В тех случаях, когда трудно предположить, чем будет определяться расход воды – балансом пылеулавливания или тепловым балансом, выполняют оба расчета и принимают наибольший расход воды.

49Эффективность пылеулавливания увеличивается с возрастанием интенсивности

потока воды. Особенно резко это сказывается при повышении интенсивности потока i от 1 до 2 – 3 м3/(м·ч), т.е. когда слой пены достигает достаточной высоты. При увеличении i до 15 м3/(м·ч) происходит практически полная очистка газа, в том числе от гидрофобной, например, апатитовой пыли при ≤нс 12 г/м3. Снижение конечной концентрации пыли в

газе в этом случае связано с резким повышением высоты пены до Н = 300 – 400 мм и получением необходимой утечки YL = 0,5 м3/(м·ч) в условно повышенной запыленности.

Поскольку необходимые значения Н и YL можно создать и за счет других факторов, то применение таких высоких интенсивностей при пылеулавливании нецелесообразно, т.к. это связано с повышением удельного расхода воды. При очистке холодных газов оптимальные значения интенсивности потока лежат в пределах 3 – 5 м3/(м·ч).

4. Определение типа решетки, т.е. диаметра круглых отверстий 0d (или ширины

щелей щb ) и шага между ними t . Фасад отверстий выбирают из конструктивных

соображений. Обычно принимают: 0d = 2 – 6 мм и щb = 2 – 4 мм. Затем по опытным

данным зависимости утечки жидкости от различных параметров определяют скорость газа

0w в отверстиях решетки. Как правило, 0w = 6 – 13 м/с. Далее рассчитывают свободное

сечение (%) решетки: ϕ⋅⋅= 00 100 wwS Г , (35)

где −ϕ отношение перфорированной площади решетки и площади сечения аппарата. Обычно ϕ = 0,9 – 0,95 при внешних переливах, т.к. 5 – 10% сечения занимают опоры решетки и неперфорированная часть её у перелива.

Наконец, вычисляют шаг между центрами отверстий t для разметки по равностороннему треугольнику:

00 91 Sdt = . (36)

Толщину решетки δ выбирают по конструктивным соображениям с учетом

изменения гидравлического сопротивления в диапазоне δ = 4 – 7 мм. 5. Определение высоты сливного порога nh может выполняться или по заданной

степени пылеуловителя, или из условий охлаждения газа. В первом случае рассчитывают критерий Стокса stk:

0

2

d

wdstk

Г

ГТТ

⋅⋅⋅

=µ

ρ, (37)

где Тd – наибольший диаметр твердой частицы. И критерий гидродинамического подобия:

( )2

. nРУ

Г

hhg

iwZ

−⋅

= , (38)

где PYh . - высота сливного отверстия, считая от уровня решетки.

Зная значения критериев Z и stk, можно найти η . Для смачиваемой пыли:

94,0905,089,0 stkZ ⋅⋅=η . (39)

Это же уравнение применимо для плохо смачиваемой пыли при условии stk> 1. Если же stk< 1, то для плохо смачиваемой пыли:

235,0905,089,0 stkZ ⋅⋅=η . (40)

50Формулы (39) и (40) пригодны для условий свободного слива пены с решетки без

её подпора. Поэтому для соблюдения подобия необходимо сохранить эти же условия и в промышленных аппаратах, что легче достигается при h>Н , причем ≥h 0,03 м.

По известным значениям критериев и степени пылеулавливания с помощью формулы (38) определяют высоту порога nh .

Для случаев пылеулавливания, не охваченных формулами (39) и (40), прежде всего определяют необходимую высоту пены Н .

Для санитарной очистки газа от пыли с дисперсностью выше 15 мкм обычно достаточно Н = 50 – 100 мм. Затем определяют исходный слой воды 0h (мм) по формуле:

( )5,06,00 806 ГwHh ⋅= . (41)

Интенсивность потока жидкости вычисляют по расходу сL жидкости, стекающей в

сливную трубу: SLLL Yс ⋅−= . (42)

Объемную скорость утечки YL (м3/м2·ч) определяют по экспериментальным данным, а тогда:

c

cb

Li = , (43)

где −cb ширина сливного отверстия, м.

При прямоугольном сечении аппарата cb равна ширине решетки, а при круглом

сечении – длине дуги сегмента с хордой, соответствующей от 1/3 до 1/2 диаметра. Высоту исходного слоя жидкости над сливным порогом вычисляют по формуле:

( ) 2.. 005,015,3 iih nc −= . (44)

Тогда, высота порога: ( ) 6,0

06,0..

6,00 hhhHh ncn −= . (45)

При расчете nh из условий теплопередачи пользуются формулами теплопередачи в

пенном слое. Коэффициент теплопередачи ТК , количество тепла Q и движущую силу

теплопередачи t∆ рассчитывают из теплового баланса. Обычно См

кВтК Т 02

8,5⋅

= .

Затем вычисляют: 3

0 19,44,2

⋅⋅=

Г

Т

w

КН . (46)

Как правило, Н = 100 – 200 мм. При этом высота порога принимается с запасом около 50%.

6. определение высоты аппарата. Высота аппарата газопромывателя складывается из высоты надрешеточной части

1h , подрешеточной части 2h и бункера бh .

Высота надрешеточной части, т.е. расстояние от решетки до конфузора выхода газа, определяется условиями брызгоуноса. Обычно для выделения крупных брызг достаточна высота полой части аппарата около 1 м. Дальнейшее увеличение 1h почти не снижает брызгоуноса. Практически 1h = 500 – 800 мм. Для ликвидации брызгоуноса после газопромывателя необходима установка брызгоуловителей.

Высота подрешеточной части аппарата определяется высотой водного отверстия для газа и расстоянием от этого отверстия до решетки, необходимым для равномерного распределения газа. При использовании кольцевой коробки для подвода газ с большим количеством отверстий обе эти величины будут наименьшими.

Высота бункера бh зависит от разряда пылеуловителя и угла наклона стенок

бункера. Чтобы мокрая пыль не оседала на стенках бункера, а смывалась с них водой,

51необходим угол наклона стенок к горизонту около 45º. Чем выше концентрация пульпы и больше способность пыли к налипанию и цементации, тем больше должен быть угол наклона α .

Таким образом:

αtgdD

h штап

б 2

−= , (47)

где апD и штd – диаметры аппарата и штуцера для выхода пульпы из бункера.

7. Определение гидравлического сопротивления полки аппарата. Для удобства расчетов гидравлическое сопротивление полки р∆ обычно разделяют

на сопротивления сухой решетки рср .∆ и газожидкостного слоя на ней слр∆ :

слрс ррр ∆+∆=∆ . . (48)

7-1) Сопротивление сухих решеток однофазному потоку газа складывается из: 1) потерь на сжатие струи при входе в отверстия; 2) трения в отверстиях; 3) потерь на расширение струи при выходе из отверстия. Оно может быть выражено зависимостью вида:

( )0000. ,,,Re dtdSfр рс δ=∆ , (49)

где 0Re – критерий Рейнольдса, отнесенный к скорости газа в отверстиях решетки.

Это уравнение может быть раскрыто следующим образом:

( ) ( )20

22

00

0.2

1125,04,0S

wS

dSkр ГГ

рс

ρδλ ⋅

−++−=∆ , (50)

где λ – коэффициент трения в гладких трубах. Коэффициент k в уравнении (3.20) определяется в зависимости от соотношения

0dδ по рис. 7.

Рис. 7. Зависимость k от

0dδ .

Кроме этих величин, на гидравлическое сопротивление сухой решетки влияют также форма входной кромки отверстия и качество обработки отверстия по всей его глубине.

А тогда гидравлическое сопротивление сухой решетки рассчитывают по формуле:

20

2

.2S

wр ГГ

рс

ρξ=∆ , (51)

где ξ – коэффициент местного сопротивления.

0/dδ

,0

,5

,0

52Для расчета коэффициента сопротивления дырчатых и щелевых решеток

используют формулу:

( )ап

p D

dSS

δξξ ⋅⋅⋅

++−=2.0

0

0020

Re

40001 , (52)

где рξ – коэффициент гидравлического сопротивления при внезапном расширении струи.

Аппроксимацией экспериментальных данных получена зависимость:

045,0515,0 Sр −=ξ . (53)

В то же время гидравлическое сопротивление сухой решетки может быть

рассчитано формулой с ξ = 1,45 при качественном изготовлении отверстий для решетки толщиной 5 мм:

245,1 20. wkр Гcрс ⋅=∆ ρ . (54)

В критериальном виде: cu kЕ ⋅= 725,0 , (55)

где 20. wpЕ Гpcu ⋅∆= ρ – критерий Эйлера для отверстий решетки;

ck – коэффициент увеличения сопротивления решетки, зависящий от толщины решетки

δ . Эта зависимость выражается усредненными опытными данными:

δ , мм…………… 1 3 5 7,5 10 15 20

ck ………………. 1,25 1,1 1,0 1,15 1,3 1,5 1,7

7-2) Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя слр∆ . В свою очередь

гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя можно разделить на две составляющие – статистическое сопротивление стр∆ , обусловленное давлением

находящимся на решетке жидкости, и сопротивление σρ∆ , обусловленное действием сил

поверхностного натяжения, и тогда:

σррр стсл ∆+∆=∆ . (56)

Здесь: 1,04,02,1 /33,0 SwgНр Гжст ⋅⋅⋅=∆ ρ , (57)

где жρ – плотность жидкости, кг/м3;

Н – высота слоя пыли, м; S – площадь поперечного сечения аппарата (решетки), м.

Гидравлическое сопротивление за счет сил поверхностного натяжения для щелевых решеток:

щbσρσ 2=∆ , (58)

для дырчатых решеток: ( )2

00 08,03,14 dd +=∆ σρσ , (59)

где σ – поверхностное натяжение, Н/м. Общее гидравлическое сопротивление противоточных решеток рассчитывается по

формуле:

0

2,04,0

20

2

20

2

9,22 d

L

G

L

S

w

S

wр

ж

ГГГГГ σρρρρξ ⋅+

⋅

⋅+

⋅=∆ , (60)

где L – расход жидкости в аппарате, кг/с; G – расход газа через аппарат, кг/с.

53По гидравлическому сопротивлению пенного слоя можно судить не только о

затрате энергии на процесс, но и об интенсивности осуществляемого процесса, поскольку объем образованной пены и ее сопротивление взаимно связаны.

Контрольные вопросы

1. В каких случаях применяют мокрую очистку газов? 2. Почему в аппаратах мокрой очистки газов плохо улавливаются частицы

маленького размера? 3. От каких технологических параметров зависит выбор сечения пенного

газопромывателя? 4. В чем заключается механизм очистки запыленного газа в пенном

газопромывателе? 5. Какой допустимый диапазон скорости газа должен быть в пенном аппарате? 6. От чего зависит степень очистки газа в пенном аппарате? 7. Механизм и закономерности пылеулавливания. 8. Какие виды гидравлических сопротивлений имеют место в пенном

газопромывателе? Как они рассчитываются?

Лабораторная работа № 4 Изучение процесса массопередачи в процессе абсорбции

Цели и задачи работы: 1. Практическое ознакомление с работой насадочного абсорбера; 2. Экспериментальное исследование его гидродинамических и массообменных

характеристик; 3. Исследование влияния параметров процесса на коэффициент массопередачи. Обеспечивающие средства: − насадочный абсорбер; − баллон с диоксидом углерода (СО2); − газодувка; − газоанализатор. Задание: при различных расходах воздуха (3 – 4) с помощью ротометра

определить гидродинамическое сопротивление сухой насадки (колец Поля). Затем, путем подачи воды на орошение колонны с помощью ротометра и поддерживая постоянный расход воздуха при различных расходах воды замерить гидравлическое сопротивление орошаемой насадки. После измерения сопротивления орошаемой насадки при всех заданных расходах воды в колонну подают диоксид углерода. Требуемый расход СО2 устанавливают по ротометру. Через 3 – 5 минут работы колонны в установившемся режиме определяют концентрацию СО2 в газовом потоке на входе и выходе из колонны по показаниям газоанализатора. Все измеренные величины заносят в отчетную таблицу.

Требования к отчету: итоги лабораторной работы представить в виде построения графика в координатах Y – X; определить концентрацию СО2 в жидкости на выходе из аппарата; определить гидравлическое сопротивление сухой и орошаемой насадки; рассчитать среднюю движущую силу процесса; определить коэффициент массопередачи, отнесенного к единице поверхности насадки.

Описание лабораторной работы

Теоретическая часть. Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых или

парогазовых смесей жидкими поглотителями. Этот процесс является избирательным и обратимым.

54В промышленности процесс абсорбции используют для разделения

углеводородсодержащих газов на нефтеперерабатывающих установках, извлечения из коксового газа аммиака и углеводородов, очистки отходящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживания газосбросов и во многих других случаях.

В абсорбционных процессах участвуют две фазы – газовая и жидкая. Газовая фаза состоит из непоглощаемого газа – носителя и одного или нескольких абсорбируемых компонентов. Жидкая фаза представляет собой раствор абсорбируемого (целевого) компонента в жидком поглотителе.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции газ – носитель и жидкий поглотитель инертны по отношению к переходящему компоненту и один по отношению к другому. При хемосорбции абсорбируемый компонент, взаимодействуя с жидкой фазой, образует химическое соединение.

Равновесие в процессах абсорбции определяет состояния, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз и зависит от состава одной из фаз, температуры, давления и термодинамических свойств компонента и поглотителя.

В системах газ – жидкость для разбавленных растворов и при низких давлениях равновесие обычно характеризуют законом Генри:

ХКР =* , (61) где *Р - парциальное давление газа над раствором в условиях равновесия, Па; К - коэффициент растворимости (коэффициент Генри), зависящий от температуры, свойств растворенного газа и поглотителя, Па; Х - относительная массовая доля поглощенного компонента в поглотителе, кг/кг.

Для газовой фазы, если состав ее выражен в массовых долях, формула (61) принимает вид:

P

KY =* , (62)

где *Y - равновесное содержание целевого компонента в газовой фазе, мольная доля; X - содержание растворенного газа в жидкости, мольная доля; P - общее давление газовой смеси, Па.

Закон Генри применим для плохо растворимых газов, т.е. справедлив для случая поглощения СО2 водой.

Материальный баланс абсорбера, рис. 8 .

( ) ( )HKKH XXLYYG −=− , (63) где G и L - массовые расходы инертного газа и жидкого поглотителя, кг/с;

HY и KY - относительные массовые доли поглощаемого компонента в газе на входе и на выходе из абсорбера, кг/кг инертного газа;

HX и KX - относительные массовые доли поглощенного компонента в жидкости на входе и на выходе из абсорбера, кг/кг поглотителя.

Кинетика абсорбции, скорость массообмена определяются движущей силой процесса (степенью отклонения системы от равновесного состояния), свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз (гидродинамическим режимом).

Уравнение массопередачи для абсорбции:

СРYYFКМ ∆⋅⋅= , (64)

где М - количество поглощенного компонента, кг/с;

YК - коэффициент массопередачи,

газаинертногокг

компонентакгснасадким

компонентакг

⋅⋅2

;

F - поверхность насадки, м2;

55

СРY∆ - средняя движущая сила процесса абсорбции, газаинертногогкг

компонентакг;

Среднюю движущую силу процесса абсорбции находят по формуле:

K

H

KHCP

Y

Y

YYY

∆∆

∆−∆=∆ln

, (65)

здесь *HHH YYY −=∆

*KKK YYY −=∆

движущая сила на концах абсорбера.

Описание установки

Лабораторная установка рис. 9 состоит из абсорбера 1 диаметром 100 мм и высотой

1000 мм, заполненного насадкой из металлических колец Поля размером 30х30х0,7 мм. Верхний фланец абсорбера соединен с сепаратором 2. внутри сепаратора размещен распределитель жидкости и каплеотбоцник. Вода, стекающая по насадке 3 проходит опорную решетку 4 и накапливается в сборнике 5. Расходы воды регулируют вентилем 6 по показаниям ротометра 10. Температура воды в абсорбере замеряется термометром 19. абсорбируемый газ (СО2) из баллона 8 дресселируется редукционным вентилем 11. расход диоксида углерода определяют по ротометру 9. Диоксид углерода в смесителе 12 смешивается с воздухом, просасывается через систему воздуходувкой 7. Расход воздуха измеряют с помощью диафрагмы 13, соединенной с дифманометром 14, затем смесь СО2 с воздухом направляют в абсорбер.

Расход поступающей смеси регулируют краном 15. Для замера сопротивления насадки установлен дифманометр 16. Разрежение в нижней части абсорбера замеряют вакуумером 17. Температуру воды после абсорбера замеряют термометром 18. Концентрацию СО2 в газовом потоке замеряют газоанализатором 19 и с помощью датчиков 20 и 21, установленных на входе и на входе из абсорбера.

Рис. 8. Схема процесса абсорбции:

ОС – линия равновесия ( )XfY =* ; АВ – рабочая линия, прямая,

проходящая через точки ( )KH YX , и ( )HK YX ,

1 – насадочный абсорбер; 2 сборник; 6, 15, 23, 24 – вентиляротаметр; 11 – редукционныйдифманометр; 17 – вакууметр25 – автоматический выключатель

Методика проведенияПри открытом кране

устанавливают наименьший

дифманоаметра 14 (гидравлическоепроводят такие замеры дляорошение колонны, по

(поддерживая постоянныйорошаемой насадки. Послезаданных расходах воды в колоннуротометру 11. Через 3 – концентрацию СО2 в газовомокончании работы закрываютпрекращают подачу воды, выключают

Рис. 9. Схема установки абсорбер; 2 – сепаратор; 3 – насадка из колец Паля; 4

вентиля и краны; 7 – воздуходувка; 8 – баллонредукционный вентиль; 12 – смеситель; 13 –вакууметр; 18, 19 – термометр; 20 – газоанализатор

автоматический выключатель

етодика проведения работы открытом кране 11 включают газодувку 7 и по показаниям

наименьший из заданных расходов воздуха. Записывают

гидравлическое сопротивление сухой насадкизамеры для всех заданных расходов воздуха. Затем

колонны по ротометру 10 устанавливают наименьший

постоянный расход воздуха) и замеряют гидравлическоенасадки После измерения сопротивления орошаемой

расходах воды в колонну подают СО2. Требуемый расход СО

5 минут работы колонны в установившемся

в газовом потоке до и после колонны по показаниямработы закрывают вентиль 11 на линии диоксида углеродаподачу воды, выключают газоанализатор и останавливают

56

колец Паля; 4 – опорная решетка; 5 баллон с газом; 9, 10 –

– диафрагма; 14, 16 – газоанализатор с датчиками 21, 22;

по показаниям дифманометра 14 воздуха. Записывают показания

сухой насадки). Последовательно воздуха. Затем подают воду на

устанавливают наименьший расход воды гидравлическое сопротивление орошаемой насадки при всех

Требуемый расход СО2 устанавливают по установившемся режиме замеряют

по показаниям прибора 19. По диоксида углерода, спустя 5 минут останавливают газодувку.

57Таблица 15

Таблица измеренных величин

Наименование и размерность измеряемых величин Номер опыта

Расход

воздуха, с

мVВОЗД

3,

воды, с

мVВОДЫ3

,

СО2, смVСО

3,

2

Содержание СО2, объемн. %

на входе, HY

на выходе, KY

Гидравлическое сопротивление

сухой насадки, СУХP∆ , мм. вод. ст

орошаемой насадки, ОРP∆ , мм. вод. ст

Температура в абсорбере, t, 0С Вакуум в абсорбере, ВР , мм. вод. ст.

Показания барометра, БР , мм. вод. ст.

Обработка опытных данных и составление отчета Коэффициент массопередачи, соответствующий заданному режиму работы

установки, определяют по уравнению:

CPY YF

MК

∆= .

1. Количество поглощенного диоксида углерода находят по уравнению (63)

( )KH YYGM −= ,

где ρ⋅= ВОЗДVG - массовый расход воздуха, кг/с;

ВОЗДV - объемный расход воздуха, м3/с;

ρ - плотность воздуха, кг/м3. Пересчет объемной доли диоксида углерода в относительную массовую долю

воздухакг

СОкг 2 выполняют по соотношению:

( )yM

yMY

ВОЗД

CO

−⋅

=1

2 . (66)

2. Поверхность насадки рассчитывают по формуле: σ⋅⋅= HDF 2785,0 , (67)

где D - диаметр абсорбера, м; H - высота слоя насадки, м;

σ - удельная поверхность насадки, 3

2

мм .

Для колец Поля размером 30х30х07 мм 3

2203

мм=σ .

3. Для расчета средней движущей силы процесса абсорбции необходимо знать *HY и

*KY . В

данных условиях на орошение подается чистая вода, соответственно 0=HX и 0*

=KY . Значение KX определяют из уравнения материального баланса:

L

MX K = , (68)

58

здесь ВОДЫВОДЫVL ρ⋅= - массовый расход воды, с

кг ;

ВОДЫV - объемный расход воды, с

м3;

3310

мкг

ВОДЫ =ρ .

Коэффициент Генри для раствора диоксида углерода в воде находят по таблице 16.

Таблица 16

Значения постоянной К (константы Генри) для водного раствора

Температура, 0С

0 5 10 15 20 25 30 35

73,715 88,778 105,374 123,969 143,964 165,292 187,953 235,941

Рассчитывают ХКР =* и вычисляют равновесное содержание диоксида углерода в

газовой смеси (в воздухакг

СОкг 2 ) по формуле:

*

*2*

РП

Р

M

MY

ВОЗД

COH

−⋅= , (69)

где 2СОМ и ВОЗДМ - молекулярные массы диоксида углерода и воздуха, кг/моль;

П - давление в абсорбере. Результаты расчета заносят в отчетную таблицу 4.3. К отчету прилагают схему

установки, а также графики зависимости: YК от wи СУХP∆ и ОРР∆ насадки от средней

скорости w . Затем рассчитывают среднюю движущую силу процесса абсорбции по уравнению

(65). 4. Среднюю скорость w(м/с) воздуха (на полное сечение абсорбера) рассчитывают по

уравнению расхода воздуха:

2785,0 DV

w ВОЗД= . (70)

5. Плотность орошения Г ( )см

м⋅2

3 насадки водой:

2785,0 DV

Г ВОДЫ= . (71)

6. Степень поглощения диоксида углерода:

H

KH

Y

YY −=η . (72)

Таблица 17 Таблица расчетных величин

Наименование и размерность измеряемых

величин Расчетная формула Номер опыта

1 2 3 4

Объемный расход воздуха с

мVВОЗД

3,

Массовый расход воздуха, кг/с ВОЗДВОЗДVG ρ⋅=

59Наименование и размерность измеряемых

величин Расчетная формула Номер опыта

1 2 3 4 Относительная массовая доля диоксида

углерода в воздухе, воздухакг

СОкг 2

На входе в абсорбер ( )H

HH

y

yY

−⋅

=129

44

На выходе из абсорбера

( )K

KK

y

yY

−⋅

=129

44

Масса диоксида углерода, абсорбированного в единицу времени, кг/с

( )KH YYGM −=

Степень поглощения диоксида углерода H

KH

Y

YY −=η

Объемный расход воды, с

мVВОДЫ3

,

Массовый расход воды, кг/с ВОДЫВОДЫVL ρ⋅=

Относительная массовая доля диоксида углерода в воде на входе в абсорбер,

водыкг

СОкг 2

L

MX K =

Константа Генри, Па К Равновесное парциальное давление диоксида углерода на входе в абсорбер, Па

НН ХКР ⋅=*

Общее давление в абсорбере, Па П Равновесная относительная массовая доля диоксида углерода в воздухе на входе в

абсорбер, воздухакг

СОкг 2

*

*

29

44

Н

НН

РП

РY

−⋅=

Движущая сила процесса абсорбции,

воздухакг

СОкг 2

*HHH YYY −=∆

0−=∆ KK YY

CPY∆ - среднее логарифмическое

Поверхность массопередачи, м2 σ⋅⋅= HDF 2785,0

Коэффициент массопередачи,

воздухакг

СОкгсм

СОкг

22

2

⋅⋅ CP

Y YF

MК

∆=

Скорость воздуха (на полное сечение абсорбера), м/с 2785,0 D

Vw ВОЗД=

Плотность орошения насадки водой,

смм

⋅2

3

2785,0 DV

Г ВОДЫ=

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается процесс абсорбции? 2. Что является движущей силой процесса абсорбции?

603. Как рассчитать среднюю движущую силу в абсорбере? 4. В каких случаях равновесная линия может быть выражена прямой? 5. Как изображается на графике XY − взаимное расположение равновесной и рабочей

линий в процессе непрерывной абсорбции? 6. От чего зависит равновесие процесса абсорбции? Каким законом описывается

равновесие? 7. Почему при абсорбции диоксид углерода переходит из газовой фазы в жидкость?

Участвуют ли в массообмене воздух и вода? 8. Какой физический смысл имеет точка на рабочей линии? 9. При каких условиях поверхность массообмена можно отожествить с поверхностью

насадки? 10. Нарисуйте наиболее распространенные виды насадочных элементов. Какими параметрами

характеризуются насадочные элементы? 11. Как определить минимальный расход поглотителя? 12. Как установить, что установка вышла на режим и можно снимать показания?

Лабораторная работа № 5 Изучение изотерм сорбции паров органических веществ на различных

адсорбентах в динамических условиях Цель и задачи работы: 1. Измерение изотермы сорбции паров бензола на активированном

промышленном угле заданной марки; 2. Определение структурного типа активированного угля по Дубинину и

Радушкевичу; 3. Произвести обработку изотермы адсорбции по теории объемного заполнения

(ТОЗ). Обеспечивающие средства: − прибор для измерения изотерм сорбции парообразных веществ в динамических

условиях; − гусек-испаритель; − аналитические весы; − бюксы высушенного угля (сорбента). Задание: а) градуировка капилляров гуськового реометра по концентрации паров заданного

вещества. б) определение изотермы сорбции паров заданного вещества; в) определение равновесной величины сорбции парообразных веществ сорбентом

при упругости насыщенного пара эксикаторным методом. Требования к отчету. Итоги лабораторной работы представить в сводной таблице

и графически в координатах Sccгмольa −/ и лмгcгммa // −

Теоретическая часть

1. Пористая структура активированного угля 1.1. Определение объемов характерных пор активированных углей

В качестве сорбентов для поглощения газов и паров наибольшее применение нашли активированные угли и минеральные сорбенты.

Адсорбционные свойства активированных углей тесно связаны с их пористой структурой.

Степень развития пористости активированных углей характеризуется суммарным объемом пор ( гсмV 3,Σ ), зернами угля и истинного объема собственного вещества угля:

61

αδ11 −=ΣV , (73)

где δ - кажущаяся плотность угля; α - истинная плотность угля.

Активированные угли обладают сложной системой пор. Среди пор активированных углей следует различать микропоры, переходные, или мезопоры. Микропоры являются наиболее мелкой разновидностью пор. Их объем заполняется в результате адсорбции пара. Для активных углей с малым развитием объема мезопор объем микропор представляет собой объем адсорбированного пара в виде жидкости для точки изотермы, соответствующей в случае сорбции паров бензола равновесному

относительному давлению 175,0=SP

P . Произведение найденной величины адсорбции

гмма /0 на объем милимоля жидкого бензола при 200С ( ммсм30886,0=ν ) дает объем

микропор: νν ⋅= 0аМИК . (74)

Для четыреххлористого углерода берут величину сорбции, соответствующую

16,0=SP

P .

Более крупную разновидность, чем микропоры, называют мезопорами. Мезопоры объемно заполняются в результате процессов адсорбции и капиллярной конденсации. Объем мезопор МЕЗν определяется как разность предельного объема сорбционного

пространства и объема микропор:

.МИКSМЕЗ W νν −= . (75)

В более точных расчетах объемов мезопор и микропор вводится поправка на адсорбированное количество пара на поверхности мезопор [3]. Предельно заполненные сжиженным паром в результате адсорбции и капиллярной конденсации объемы пор SW

(см3/г) вычисляют как произведение максимальной величины сорбции SQ (мм/г) при

1=SP

P на объем милимоля жидкого бензола:

ν⋅= SS QW . (76)

Самой крупной разновидностью пор углей являются макропоры. Объем макропор заполняется только при погружении угля в жидкость с углом смачивания меньше 900 и вычисляется по разности суммарного объема пор и предельного объема сорбционного пространства:

SМАК WV −= Σν . (77)

Так как суммарный объем пор SМАКМЕЗМИКМАКS WV +=++= νννν . (78)

1.2. Определение структурного типа активированных углей М.М. Дубин, Л.В. Радушкевич разделили в первом приближении активированные

угли на три структурных типа в зависимости от, так называемого, обгара, который является количественной характеристикой степени активирования угля. Обгар находят из соотношения количества сгоревшего угля к исходному и выражают в процентах.

Умеренное активирование при достижении обгаров приблизительно до 50% приводит к получению активных углей 1-го структурного типа. При обгаре, больше 75% получаются активные угли 2-го структурного типа. Области промежуточных обгаров приблизительно от 50 до 75% отвечают активные угли смешанного типа.

Уравнение изотермы адсорбции для любого пара на активных углях 1-го структурного типа имеет вид:

622

2

2

lg0

−= P

PTB S

eW

a β

ν , (79)

где a- равновесная величина адсорбции при равновесном относительном давлении SP

P ;

0W - предельный объем адсорбционного пространства;

ν - молярный объем жидкости; B - константа, характеризующая пористую структуру сорбента, которая определяется размером микропор; β - коэффициент аффиности; T - температура процесса;

SP - упругость насыщенного пара при температуре процесса.

Для определения констант 0W и Bпо экспериментальным точкам применяют

уравнение изотермы адсорбции в линейной форме: 2

lglg

−=P

PDCa S , (80)

в котором

0lglg aW

C ==ν

,

где C - отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат;

0a - предельная величина адсорбции;

2

2

434,0β

BTD = и представляет собой тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.

Экспериментальные точки, полученные при измерении изотермы адсорбции паров бензола на углях 1-го структурного типа, удовлетворительно ложатся на прямые линии в

координатах 2

lglg

−P

Pa S .

Уравнение изотермы адсорбции для углей 1-го структурного типа применимо в широком интервале равновесных относительных давлений от 5101 −⋅ до 0,2.

Константа В изменяется в пределах от 6103,0 −⋅ до 6102,1 −⋅ , а 0W - от 0,050 до 0,50

см3/г.

Уравнение изотермы адсорбции для любого пара на активном угле 2-го структурного типа:

P

PTA S

eW

аlg

0 β

ν−′

= , (81)

где ′0W - предельный объем адсорбционного пространства;

A - константа, зависящая от энергетической неоднородности собственно поверхности угля.

Остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в уравнении изотермы для углей 1-го структурного типа.

Для нахождения констант ′0W и Aпредставляют уравнение изотермы в линейной

форме:

P

PNMa Slglg −= , (82)

где ν

′= 0lg

WM и

βT

AN 43,0= .

63

По значениям M и N рассчитывают ′0W и A. Если опытные данные

удовлетворительно укладываются на прямую в координатах 2

lglg

−P

Pa S , то уравнение

(81) применимо для данного случая. Интервал применимости уравнения (81) – от 5100,1 −⋅до

SPP1,0 , значение коэффициента Aколеблется от 3105,1 −⋅ до 3106,2 −⋅ .

1.3. Использование расчетного аппарата теории объемного заполнения

микропор для обработки экспериментальной изотермы стандартного пар-бензола на различных углеродных адсорбентах.

Основное уравнение теории имеет вид

( )nEAf ,=Θ , (83)

где 0aa=Θ - безразмерный параметр функции распределения, выражающий степень

заполнения микропор ( 0a - удельная величина адсорбции при 1=SP

P , а - равновесная

величина адсорбции при данном SP

P );

А - дифференциальная максимальная мольная работа адсорбции, равная со знаком «минус» изменению свободной энергии Гиббса молькалG,∆ :

=∆−= PPRTGА Sln . (84)

При КмолькалR ⋅= 98,1 формула (5.12) принимает вид:

=

⋅= P

PP

PТА SS lg574,4lg986,1303,2 , (85)

E - характеристическая свободная энергия адсорбции; п - параметр функции, выражающийся небольшим целым числом (для однородно микропористых структур с очень мелкими микропорами п= 3; для углей с разной микропористой структурой и не слишком мелкими порами п= 2).

Уравнение (83), в общем виде, выражает распределение заполнения микропор Θ по дифференциальной мольной работе адсорбции А , причем параметры распределения Eи пне зависят от температуры, если соблюдается температурная инвариантность характеристических кривых.

Согласно уравнению (83) выражение для характеристической кривой будет иметь вид:

( )nЕfА ,Θ= . (86) При условии, если для различных паров функция f и параметр nостаются

неизменными, то

β==00 Е

ЕА

А , (87)

т.е. характеристические кривые в координатах Θ−А являются аффинными (β - коэффициент аффинности, индексом «0» обозначены величины для стандартного пара).

Принимая температурную инвариантность уравнения (83) и известное в математической статистике распределение Вейбуда, М.М. Дубинин и сотрудники получили термическое уравнение адсорбции в аналитической форме:

( )

−=Θ

n

EAexp , (88)

откуда

( )[ ]nEA1

1lg Θ= . (89)

64

Из уравнения (89) следует, что при 368,01 ==Θ e (где е - основание

натурального логарифма, 0АЕ = , т.е. характеристическая энергия адсорбции Е равна

дифференциальной мольной работе адсорбции для данного заполнения 368,00 =Θ ).

При замене 0

0

аа=Θ получают термическое уравнение адсорбции:

( )

−=

n

EAаа exp0 , (90)

или в линейной форме ( ) nn AEaa 434,0lglg 0 −= . (91)

2. Описание прибора

Схема прибора для измерения изотермы сорбции парообразного вещества приведена на рис. 10.

Прибор состоит из гуська-испарителя 5, заполненного данным веществом; смесителя 4, в котором перемешиваются пары этого вещества с воздухом; динамических трубок 6, в которые помещается сорбент, двух реометров 1 и 2 с капиллярами 3 (1 – контролирует общий объемный расход воздуха, поступающего в прибор, а 2 – расход воздуха, направляемого в гусек для испарения паров взятого вещества и получения паровоздушной смеси определенной концентрации); крана 8, служащего для регулирования расхода воздуха, и кранов 7 – для наполнения манометрических трубок реометров жидкостью. Капилляр 3 общего реометра 1 предварительно отградуирован, где дана зависимость объемной скорости воздуха V (л/мин) от разности уровней манометрической жидкости в реометре h (мм) этой жидкости. Кроме того, прибор снабжен набором капилляров для гуськового реометра, позволяющих получать концентрацию паров взятого вещества в определенных пределах. При тарировке в паспорте к данному прибору эти пределы указаны.

Гусек-испаритель, показанный на рис. 11, состоит из двух стеклянных резервуаров, спаянных между собой. Верхний резервуар имеет грушевидную форму и служит для

Рис. 10. Схема прибора для измерения изотермы сорбции парообразного вещества в динамических условиях:

1,2 – реометры; 3 – капилляры; 4 – смеситель; 5 – гусек – испаритель; 6 – динамические трубки; 7,8 – краны; 9 – винтовой зажим; 10 – отводящая магистраль; 11 - вентиль

65подачи жидкости в нижний резервуар и для поддержания в нем постоянного уровня жидкости. Нижний конец его оттянут в виде трубки с косым срезом, доходящим до половины высоты нижнего резервуара. Сверху резервуар имеет горловину, через которую в гусек наливается жидкость. Горловина закрывается хорошо пришлифованной стеклянной пробкой.

Нижний резервуар выложен в виде горизонтального цилиндра и имеет два отростка с кранами, при помощи которых гусек присоединяется к коммуникациям. Для удобства взвешивания гуська к нему присоединяется скоба из проволоки.

Рис.11. Гусек – испаритель: 1,2 – стеклянные резервуары

Наполнение гуська жидкостью производят при открытых кранах через горловину верхнего резервуара с соблюдением всех мер предосторожности в соответствии с инструкцией по технике безопасности при работе с данной жидкостью. Когда нижний резервуар наполняется жидкостью до верхнего края скошенного среза трубки верхнего резервуара, т.е. примерно до половины, краны закрывают. Верхний резервуар заполняют также наполовину, после чего горловину плотно закрывают пришлифованной пробкой. Пришлифованную пробку и краны гуська предварительно слегка смазывают вазелином и закрепляют резиновыми кольцами. Гусек осторожно переносят к прибору.

2.2. Методика выполнения работы

2.2.1. Градуировка капилляров гуськового реометра по концентрации паров заданного вещества

Первый этап работы заключается в градуировке капилляров гуськового реометра

по концентрации паров бензола при 200С в пределах 1 – 3; 5 – 7; 15 – 20; 30 – 40; 60 –

70мг/л или по концентрации паров четыреххлористого углерода в пределах 2 – 7; 12 – 17; 35 – 50; 70 – 100; 140 – 170 мг/л.

Для градуировки из имеющегося набора капилляров выбирают самый тонкий и вставляют в отросток гуськового реометра 2 (см. рис. 10). Затем проверяют правильность заполнения гуська жидкостью, по парам которой будут измерять изотерму. Для этого поворачивают гусек на 900 (см. рис. 11 б), т.е. ставят нижний резервуар в вертикальное положение, в результате чего избыток жидкости перетекает из нижнего резервуара в верхнюю колбу. Затем гусек снова переводят в горизонтальное положение, все краны на гуське при этом должны быть закрыты.

Наполненный жидкостью гусек взвешивают на технических весах и присоединяют к прибору. Вместо динамических трубок 6 устанавливают простые стеклянные трубки для направления паров в отводящую магистраль 10.

Перед пуском воздуха в прибор последовательно открывают кран г га гуське, кран 8, вентиль 11 и винтовой зажим 9 на сбросе воздухоотводящего шланга и только после этого осторожно открывают общий кран сжатого воздуха, идущего от компрессора.

66Воздух из сети, поступающий в прибор, предварительно очищается от пыли, машинного масла и влаги в колонке, заполненной ватой и осушителем.

С помощью винтового зажима 9 и вентиля 11 устанавливают такую разность уровней на общем реометре, которая соответствует объемному расходу воздуха, равному 1 л/мин. Во время проведения работы по градуировке капилляров гуськового реометра и по измерению изотермы сорбции паров взятого вещества общее количество воздуха, поступающего в прибор, остается постоянным и равным 1 л/мин, изменяется только соотношение объемов воздуха, поступающего в гусек для насыщения парами, и чистого воздуха, идущего на разбавление. Этого добиваются с помощью крана 8. устанавливают в начале на гуськовом реометре разность уровней манометрической жидкости, равную 20мм. Установив нужные разности уровней на общем и гуськовом реометрах, открывают краны б и в на гуське и только после этого закрывают кран г. Одновременно по секундомеру засекают время начала работы гуська.

Для получения концентрации паров бензола в пределах 1 – 10 мг/л или паров четыреххлористого углерода в пределах 2 – 25 мг/л воздух через гусек пропускают в течение 40 – 45 мин. По истечении указанного времени подачу воздуха через гусек прекращают, для чего последовательно открывают кран г и закрывают краны в и б.

Перед отключением гуська от прибора необходимо ослабить зажим для сброса воздуха, в противном случае из-за уменьшения сопротивления системы из реометров может выбросить манометрическую жидкость. После этого гусек отсоединяют от прибора и взвешивают на технических весах.

На основании потери в весе гуська подсчитывают среднюю концентрацию паров взятого вещества в приборе за время опыта по формуле:

τ⋅∆=V

mc , (92)

где m∆ - потеря в весе гуська за время τ , мг; V - объемный расход воздуха, л/мин; τ - продолжительность работы гуська, мин; c - концентрация паров взятого вещества, мг/л.

При использовании того же капилляра аналогично определяют концентрацию паров, которая соответствует разности уровней манометрической жидкости в гуськовом реометре, равной 120 мм.

При тех же разностях уровней манометрической жидкости в гуськовом реометре производят градуировку двух других капилляров. При этом для получения концентрации паров четыреххлористого углерода в пределах 50 - 70 мг/л время пропускания воздуха через гусек должно составлять 30 - 35 мин, а для получения больших концентраций - 20 - 25 мин. Результаты опыта заносят в таблицу 18.

Таблица 18. Номер

капилляра Разность уровней h , мм. вод. ст.

Масса гуська до

опыта

1m , г

Масса гуська после опыта

2m , г

Потеря в весе гуська

m∆ , г

Продолжительность работы гуська, τ ,

мин

Концентрация паров c , мг/л

2.2.2. Определение изотермы сорбции паров заданного вещества Условия опыта: 1. Концентрация паров бензола при 200

С: 1 - 3; 5 - 7; 15 - 20; 30 - 40; 60 - 70 мг/л; паров четыреххлористого углерода: 2 - 7; 12 - 17; 35 - 50; 70 - 100; 140 - 170 мг/л.

2. Температура 18 - 200С; 3. Объемный расход паровоздушного потока V = 1 л/мин; 4. Навеска активного угля в пределах 0,3 - 0,4 г; минеральных сорбентов - 0,9 - 1,1 г.

67

5. Последнюю точку изотермы при 1=Scc определяют в статистических

условиях эксикаторным методом. Для определения изотермы две параллельные навески сорбента взвешивают на

аналитических весах с точностью до четвертого знака в динамических трубках, которые при взвешивании закрывают с обеих сторон пронумерованными резиновыми пробками.

Измерение точек изотермы производят на одних и тех же навесках сорбента путем определения привеса сорбента вначале при малых концентрациях паров, а затем при более высоких. Для этого динамические трубочки с навесками сорбента помещают в прибор на место простых стеклянных трубок. На гуськовом реометре устанавливают ранее отградуированный капилляр, позволяющий получить минимальную заданную концентрацию паров взятого вещества.

К прибору подключают заранее взвешенный гусек, открывают кран г и затем на общем и гуськовом реометрах устанавливают необходимые разности уровней с помощью вентиля 11, винтового зажима 9 на сбросе и крана 8. Включают гусек в работу. Для этого открывают краны б и в на гуське и закрывают кран г. Момент включения гуська считают началом опыта.

По истечении 15 - 20 мин адсорбционные трубки снимают с прибора, каждую из них закрывают пробками с обоих концов и взвешивают. На это период на место адсорбционных трубок должны быть поставлены простые. Гусек оставляют в рабочем положении. После взвешивания в прибор вместо простых снова устанавливают адсорбционные трубки.

Состояние адсорбционного равновесия при данной концентрации паров взятого вещества устанавливают периодическим взвешиванием адсорбционных трубок. Гусек при этом продолжает работать. Вместо адсорбционных трубок ставят простые.

При определении первой точки изотермы после первого взвешивания через 20 - 30мин производят последующие. Равновесие считается достигнутым, если расхождение

между предыдущим и последующим взвешиванием не превышает 3105,0 −⋅ г. После достижения адсорбционного равновесия при данной равновесной

концентрации гусек останавливают, засекая время прекращения его работы. Затем гусек отсоединяют от прибора и взвешивают для определения соответствующей равновесной концентрации. Таким образом, получаю первую точку изотермы, соответствующую величине адсорбции a , мг/л при данной равновесной концентрации паров бензола или четыреххлористого углерода.

В той же последовательности производят определение остальных точек изотермы, устанавливая на гуськовом реометре соответствующий капилляр; только в этом случае после включения гуська в работу первые 15 мин паровоздушный поток направляют на выхлоп, для чего на место адсорбционных трубок устанавливают простые стеклянные. Затем простые трубки заменяют на адсорбционные.

Первое взвешивание динамических трубок при измерении второй точки изотермы производят чрез 40 - 60 мин после начала пропускания паровоздушного потока через сорбент, последующие - через каждые 15 - 20 мин.

При измерении третьей точки изотермы (при концентрации паров бензола 15 - 20мг/л или паров четыреххлористого углерода 35 - 50 мг/л) взвешивание производят через каждые 15 - 20 мин после начала пропускания паровоздушного потока через динамические трубки.

При определении остальных точек изотермы взвешивания производят через каждые 5 - 8 мин, обязательно направляя паровоздушный поток в течение первых 15 мин работы гуська на выхлоп. Гусек должен находиться в работе все то время, пока не будет достигнуто состояние адсорбционного равновесия при данной концентрации.

Опытные данные, полученные в процессе работы, заносят в таблицу 19. Величину адсорбции a , мг/г определяют делением максимального привеса

сорбента при данной равновесной концентрации паров взятого вещества на исходящую навеску.

Таблица 19.

68

Расхождение между параллельными определениями (по отклонению среднему), %

Средняя величина адсорбции

Адсорбционная трубка 2

Адсорбировано, гмгc /

Привес сорбента от начала опыта, гт ,3

Навеска сорбента, гт ,4

Масса трубки с сорбентом, гт ,6

Масса пустой трубки, гт ,5

Адсорбционная трубка 1

Адсорбировано, гмгc /

Привес сорбента от начала опыта, гт ,3

Навеска сорбента, гт ,4

Масса трубки с сорбентом, гт ,6

Масса пустой трубки, гт ,5

Время пропускания паровоздушного потока через динамические трубки, мин,τ

Концентрация паровоздушной смеси, мг/л Убыль массы гуська, гт,∆

Масса гуська после окончания опыта, гт ,2

Масса гуська до начала опыта, гт ,1

Продолжительность работы гуська, мин,τ

Время начала работы гуська, мин,0τ

Время окончания работы гуська, минK ,τ

Порядковый номер точки изотермы

2.2.3. Определение равновесной величины сорбции парообразных веществ сорбентом при упругости насыщенного пара эксикаторным методом

Для определения равновесной величины сорбции паров какого-либо вещества при

упругости насыщенного пара взвешивают на аналитических весах в бюксах две параллельные навески высушенного угля по 0,5 г или минерального сорбента по 1,0 г. Бюксы с открытыми крышками помещают в эксикатор, залитый некоторым количеством жидкости и, следовательно, заполненный парами взятого вещества соответственно состоянию насыщения при данной температуре.

Взвешивание бюксов производят через 3 - 4 дня до тех пор, пока не прекратится поглощение паров сорбентом. Состояние сорбционного равновесия считают достигнутым,

если расхождение между последующими взвешиваниями не превышает г3105,0 −⋅ . Равновесную величину сорбции рассчитывают как отношение привеса сорбента к его навеске, т.е:

mAaS = , (93)

где A- количество паров, поглощенных сорбентом, мг; m - навеска сорбента, г;

Полученные результаты заносят в таблицу 20. Таблица 20.

69

Номер бюкса

Вес пустого бюкса,

гm ,7

Вес бюкса с

сорбентом, гm ,8

Навеска сорбента,

гm ,9

Вес бюкса с сорбентом, г Привес сорбента, мг

Величина гмгaS /,

1-ое взвешивание

2-ое взвешивание

3-ое взвешивание

1 2 3 … …

2.3. Оформление результатов опыта Результаты опыта представляют в сводной таблице и графически в координатах

Sссгммa −/ и лмгcгммa // − .

1. По данным значениям SP для взятого вещества при 200С рассчитывают

значение Sc в мг/л и наносят опытные данные в координатах Sссгммa −/ .

2. Определяют структурный тип активного угля по Дубинину и Радушкевичу,

выразив опытные данные в координатах 2

lglg

− c

ca S и cca Slglg − .

3. Определяют константы уравнений Дубинина и Радушкевича B , 0W , A, ′0W .

4. Устанавливают: - объем микропор; - предельный объем сорбционного пространства; - объем мезопор; - объем макропор. 5. Производят обработку изотермы адсорбции по теории объемного заполнения

(ТОЗ).

2.3.1. Формула для расчета концентрации насыщенных паров

При исследовании сорбционных явлений обычно имеют дело с газами или парами, находящимися под относительно малыми давлениями, поэтому с достаточной степенью точности (приближения) можно использовать уравнение Клапейрона как уравнение состояния идеального газа. Если в объеме V находятся nмолей газа, то уравнение Клапейрона примет вид:

nRTPV = , (94) или

RTV

nP = , (95)

окончательно cRTP = , (96)

где c - молярная концентрация газа. Если концентрация газа выражена в мм/л, а его давление мм.рт.ст, то формула

(96) преобразится в формулу (97): TcRP m= , (97)

где mR - газовая постоянная для одного милимоля газа.

Тогда формула для расчета концентрации насыщенных паров бензола Sc будет

иметь вид:

70

RT

MPc S

S = , (98)

где M - молекулярный вес данного вещества;

SP - упругость насыщенных паров данного вещества при 200С;

T - абсолютная температура;

R- газовая постоянная (мольуд

смстртммR

.

..10236,6

34 ⋅⋅= ).

Для данных условий опыта значение концентрации насыщенных паров бензола:

лмгcS /32029310236,6

101075784

33

=⋅⋅⋅⋅⋅=

насыщенных паров четыреххлористого углерода

лмгcS /76529310236,6

1010911544

33

=⋅⋅⋅⋅⋅=

2.3.2. Обработка экспериментальной изотермы адсорбции

1. Выражают экспериментальные данные, полученные при определении изотермы адсорбции, в координатах nAa −lg при 2=n , рис. 12.

По отрезку, отсекаемому прямой на оси ординат, находят 0lga и, следовательно,

предельную величину адсорбции 0a .

Сопоставляют значения 0a с объемом микропор МИКν , рассчитанным по

формуле (92). По угловому коэффициенту прямой, равному пЕ434,0 , рассчитывают

величину характеристической энергии адсорбции Е . 2. Производят определение характеристической свободной энергии адсорбции

Е по одной точке изотермы адсорбции при значении 368,0=Θ . Для этого выражают

опытные данные в координатах А−Θ (рис. 13.) и из равенства АЕ = , находят Е как

368,01 ===е

АЕ . (99)

Затем сопоставляют значения Е , полученные из графиков рис. 12 и рис. 13.

Рис. 12. Экспериментальная изотерма адсорбции паров бензола на углеродном адсорбенте в линейных координатах

71

Рис.13. Распределение заполнения микропор по дифференциальной мольной

работе адсорбции А

3. Пользуясь зависимостью 2

574,4

ЕВ = , находят значение структурной

константы В , характеризующей размер микропор, и сравнивают ее со значением В , полученным из формулы (79).

4. Для оценки правильности выбора экспоненты пи определения параметров

0а и Е пользуются графическим выражением экспериментальной изотермы адсорбции в

координатах SPPа− , рис. 14.

При построении изотермы значение 0а берут из данных по определению

предельной величины сорбционного пространства SW (рис.13) или интерполированием

изотермы адсорбции в области высоких равновесных относительных давлений SPP >0,3.

Находят величину для характеристической точки xa :

0368,0 аax ⋅= . (100)

Рис. 14. Экспериментальная изотерма адсорбции паров бензола в координатах SPPа−

72Далее по изотерме находят величину равновесного относительного давления

Sч PР , отвечающего данной характеристической точке xa , и рассчитывают E :

( )PPTE Slg57,4= , (101)

а затем B , сравнивая его с ранее рассчитанным по п.3. Для определения параметра nберут точку 0a , равную ( ) 08,07,0 a− , для нее

определяют абсциссу SPP1 и рассчитывают A:

( )1lg57,1 PPA S= . (102)

По полученным значениям E , A, 1a и 0a производят оценку выбранного

значения nпо формуле:

=

E

A

a

a

nlg

lg31,2lg1

0

. (103)

5. По предельной величине адсорбции 0a , найденной из прямолинейной формы

изотермы (рис.12) для стандартного пара – бензола при температуре КТ 2930 = ,

рассчитывают предельную величину адсорбции ta при температуре T > 0T :

( )00

TTt eaa −−= α , (104)

( )00 434,0lglg TTaat −−= α , (105)

где α - термический коэффициент предельной адсорбции, вычисленный по формуле:

( )TTKP

KP

−

=434,0

lg*0

ρρ

α , (106)

где ρ - плотность жидкости при КИПТ (т.е. плотность бензола при температуре кипения); *КРρ - плотность жидкости (бензола) при КРТ , рассчитывается по уравнению:

3*

10⋅=

b

МКРρ . (107)

Константа bрассчитывается по формуле:

KP

KP

P

Tb

210026,1 −⋅= , (108)

где KPP - критическое давление в атмосферах.

Значение КИПТ , КРТ , КРρ , 0ρ находят по справочнику.

6. Производят перерасчет изотермы адсорбции стандартного пара-бензола на температуру Т > 0Т .

Термическое уравнение адсорбции для этого случая имеет вид: ( ) ( ){ }[ ]00 exp TTEAaa n

t −+−= α , (109)

( ) ( ){ }[ ]00 343,0lglg TTEAaa nt −+−−= α , (110)

где T - заданная температура пересчета;

ta - величина адсорбции при заданной температуре;

0a - равновесные величины адсорбции стандартного пара – бензола при заданных SPP

(берется из экспериментальной изотермы адсорбции, снятой при температуре T ); α - термический коэффициент предельной адсорбции, для бензола 2=n ;

7. Рассчитывают изотерму адсорбции для другого пара при любой температуре T , равной или большей 0Т , при которой определялась изотерма адсорбции стандартного

пара – бензола:

73

( ) ( ) ( ){ }[ ]0*

0*

0 exp TTEAaa nt −+−= αβρρ , (111)

( ) ( ) ( ){ }[ ]0*

0*

0 434,0lglg TTEAaa nt −+−−= αβρρ , (112)

где β - коэффициент аффинности; *α - термический коэффициент предельной адсорбции для рассматриваемого пара; *ρ - плотность рассматриваемого пара при температуре T (если расчет новой изотермы

проводится при той же температуре), или плотность пара при заданной температуре Т >

0Т .

8. Все результаты пересчетов изотерм адсорбции для другого пара изображают графически в координатах SРРа− .

Контрольные вопросы

1. Каким показателем характеризуется степень развития пористости активированных углей? 2. Какая существует классификация пор активированных углей? 3. От каких параметров зависит равновесная величина адсорбции при равновесии? 4. Что представляет собой термическое уравнение адсорбции? 5. Из каких основных элементов состоит прибор для измерения изотермы сорбции парообразных веществ в динамических условиях? 6. Для чего служит гусек-испаритель? 7. Как осуществляется градуировка капилляров гуськового реометра? 8. В чем заключается методика определения изотермы сорбции паров заданного вещества? 9. Изложите эксикаторный метод для определения равновесной величины сорбции парообразных веществ сорбентом? 10. К чему сводится оформление результатов проведенного эксперимента? 11. Как выглядит формула для расчета концентрации насыщенных паров бензола? 12. К чему сводится обработка экспериментально полученной изотермы адсорбции? 13. Что представляет собой предельная величина сорбции?

74

IV.Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины

№ п/п

Наименование темы (раздела)

дисциплины Контрольные вопросы

1.

Общие сведения об инженерной защите окружающей среды Классификация промышленных загрязнении атмосферы. Источники загрязнения воздушного бассейна.

Естественные и искусственные источники загрязнения воздуха.

2.

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и санитарно-защитные зоны. Охрана окружающей среды промышленными предприятиями.

ПДК максимально разовая, ПДК среднесуточная. Определения. ПДК на территории предприятия и

в жилой зоне.

3. Федеральные и региональные органы охраны природной среды.

Функции. Основные направления деятельности.

4.

Отрасли производства и их выбросы в окружающую среду. Энергетическая, металлургическая, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроительная, химическая, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленности; транспортно-дорожный комплекс; промышленность строительных материалов; оборонная промышленность и вооруженные силы.

Основные виды загрязнений. Технологии очистки и рекуперации выбросов. Применяемое

оборудование.

5.

Определение пылеулавливания и физико-химические свойства пыли; дисперсный состав пыли; плотность пылевых частиц и порошкообразных

Плотность. Дисперсный состав. Адгезионные свойства. Абразивность. Смачиваемость.

Гигроскопичность. Электрическая проводимость. Электрическая заряженность. Способность к

взрыву и самовозгоранию.

6. Классификация пылеуловителей, степень очистки газа в пылеуловителе.

Сухие и мокрые пылеуловители.

7.

Способы отделения твердых и жидких частиц. Гравитационное и инерционное осаждение. Пылеосадительные и инерциальные уловители.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

75

8. Центробежные пылеуловители. Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

9. Осаждение частиц в жидкой фазе. Аппараты мокрой очистки газов.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

10. Фильтрация. Тканевые и зернистые фильтры. Электрофильтры.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

11.

Адсорбция. Кинетические процессы адсорбции. Термическая и вытеснительная десорбция.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

12. Устройства для термической очистки газов.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

13. Аппараты каталитической очистки.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

14. Биохимические реакторы. Физические основы методов. Оборудование.

Достоинства. Недостатки.

15.

Технологические процессы и аппаратурное оформление процесса рекуперации. Рекуперация пыли.

Использование пыли в качестве целевого продукта. Возврат пыли в производство.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

16.

Очистка газов от диоксида серы. Схемы установок.

Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов. Очистка газов от

оксидов азота.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

17.

Адсорбционные методы очистки паров летучих

растворителей. Адсорбционная очистка газов от оксидов азота, диоксида серы, от галогенов и

их соединений, от сероводорода и

сероорганических соединений. Схемы установок.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

18.

Методы каталитической и термической очистки отходящих газов.

Аппаратурное оформление.

Физические основы методов. Оборудование. Достоинства. Недостатки.

76

V.Текущий контроль знаний

ТЕСТЫ

1. К органам охраны природной среды относятся: 1. Министерство природы РФ 2. Министерство здравоохранения РФ 3. Министерство экономики РФ 4. Государственная инспекция безопасности дорожного движения 2. Что из перечисленного является фактором антропогенного воздействия: 1. биологическое воздействие 2. химическое 3. физическое 4. механическое 3. «Рекуперация» это 1. возвращение части материала для повторного использования 2. отделение части материала 3. очистка материала от примесей 4. характеристика пылевых и газовых выбросов 4. К основным свойствам пыли, учитывающимся при конструкции и эксплуатации пылеулавливающего оборудования, относятся: 1. абразивность 2. цвет 3. плотность 4. смачиваемость 5. Для очистки от туманов и брызг применяются методы: 1. электрические 2. каталитические 3. конденсационные 4. мокрые методы очистки 6. В сухих механических пылеуловителях применяются механизмы осаждения: 1. гравитационный 2. инерционный 3. центробежный 4. диффузионный 7. Аппараты, в которых используется механизм гравитационного осаждения: 1. пылеосадительная камера 2. жалюзийные аппараты 3. циклоны 4. осадительная камера Говарда 8. Пылевые мешки это аппараты 1. с инерционным механизмом осаждения 2. гравитационным 3. центробежным 4. диффузионным

77 9. К недостаткам центробежных пылеуловителей относятся: 1. высокое гидравлическое сопротивление 2. плохое улавливание частиц меньше 5 мкм 3. невозможность улавливания липких частиц 4. отсутствие движущихся частей 10. Верно ли утверждение: Высокоэффективные циклоны эффективны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очистки, высокопроизводительные имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы. 11. Механизмы осаждения при фильтрации газов это: 1. градиент давлений 2. эффект касания 3. электростатические силы 4. гравитационные силы 12. В классификацию фильтрующих перегородок не входят: 1. сверхгибкие пористые перегородки 2. гибкие пористые перегородки 3. полужесткие пористые перегородки 4. жесткие пористые перегородки 13. На рисунке изображены:

1. рулонные фильтры 2. тканевые фильтры 3. зернистые фильтры 4. волокнистые фильтры 14. Под каким номером на рисунке изображен коронирующий электрод. Назовите механизм действия:

15. Какие силы заставляют двигаться аэрозольные частицы в электрофильтрах: 1. аэродинамические 2. гравитационные 3. электрические 4. силы тяжести 16. Электрофильтры применяются в диапазоне температур: 1. 400-450 ºС

78 2. 200-400 ºС 3. 450-550 ºС 4. 200-550 ºС 17. Что не входит в задачи аппаратов мокрого пылеулавливания: 1. пылеулавливание 2. абсорбция 3.охлаждение газов 4. разделение пыли по дисперсному составу 18. Соотнесите вид аппарата с его рисунком:

1. Насадочный газопромыватель 2. Полый газопромыватель 3. Пенно-барботажные аппараты 4. Ударно-инерционные аппараты 19. Что из перечисленного не относится к достоинствам мокрых пылеуловителей: 1. небольшая стоимость 2. возможность работы при высокой температуре и влажности 3. возможность улавливать паро- и газообразные компоненты 4. выделение уловленной пыли в виде шлама 20. По конфигурации поперечного сечения трубы Вентури скрубберы делятся: 1. круглые 2. щелевые 3. квадратные 21. Для очистки воздуха от тумана кислот, щелочей и масел применяются: 1. скрубберы Вентури 2. туманоуловители 3. ротоклоны 4. пылеуловители ударно-инерционного типа

79 22. Процесс противоположный абсорбции: 1. адсорбция 2. десорбция 3. хемосорбция 4. сорбция 23. При физической адсорбции действуют силы: 1. силы притяжения 2. диффузия 3. силы тяжести 4. аэродинамические силы 24. Основным фактором в выборе адсорбентов является: 1. стоимость 2. удельная поверхность 3. пористость 4. плотность 25. Хемосорбция это: 1. обратимый процесс 2. необратимый процесс 3. экзотермический 4. эндотермический 26. Что из перечисленного влияет на скорость и эффективность каталитического процесса: 1. концентрация катализатора 2. температура газа 3. продолжительность реакции 4. стоимость катализатора 27. Плотность пыли бывает: 1. насыпная 2. кажущаяся 3. видимая 4. истинная 28. Верно ли утверждение: чем меньше размер частиц пыли, тем труднее они прилипают к поверхности аппарата. 29. Абразивность пыли зависит от: 1. размера частиц пыли 2. твердости 3. формы 4. плотности 5. удельной поверхности 30. Смачиваемость частиц пыли определяется: 1. методом седиментации 2. пленочной флотации 3. методом капиллярного впитывания 4. пикнометрическим методом.

80

VI.Библиографический список

Основная учебная литература 1. Технология рекуперации газовых выбросов [Электронный ресурс] : учебное

пособие для студентов специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» всех форм обучения : самостоятельное электронное издание / И. Н. Полина ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Сыкт. лесн. ин-т (фил.) ФГБОУ ВПО С.-Петерб. гос. лесотехн. ун-т им. С. М. Кирова, каф. общей и прикладной экологии. – Электрон. текстовые дан. (1 файл в формате pdf: 1,62 Мб). – Сыктывкар : СЛИ, 2013. – on-line. – Систем. требования: Acrobat Reader (любая версия). – Загл. с титул. экрана. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com/ft/301-000521.pdf.

Дополнительная учебная, учебно-методическая литература

1. Дмитренко, В. П. Экологический мониторинг техносферы [Электронный ресурс] : учебное пособие для студентов вузов / В. П. Дмитренко, Е. В. Сотникова, А. В. Черняев ; Издательство "Лань" (ЭБС). – Санкт-Петербург : Лань, 2012. – 368 с. – (Учебники для вузов. Специальная литература). – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/4043/.

2. Егоров, В. В. Экологическая химия [Электронный ресурс] : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 10401 "Зоотехния" и 111201 "Ветеринария" / В. В. Егоров ; Издательство "Лань" (ЭБС). – Санкт-Петербург : Лань, 2009. – 192 с. – (Учебники для вузов. Специальная литература). – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/4024/.

Дополнительная литература

1. Беспамятов, Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде [Текст] : справочник / Г. П. Беспамятов, Ю. А. Кротов. – Ленинград : Химия, 1985. – 528 с.

2. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Республики Коми в 2008 году" [Текст] : ежегодник / М-во природ. ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Коми, Гос. учреждение Респ. Коми "Террит. фонд информации по природ. ресурсам и охране окружающей среды Респ. Коми". – Сыктывкар : [б. и.], 2009. – 120 с.

3. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Республики Коми в 2009 году" [Текст] : ежегодник / М-во природ. ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Коми, Гос. учреждение Респ. Коми "Террит. фонд информации по природ. ресурсам и охране окружающей среды Респ. Коми". – Сыктывкар : [б. и.], 2010. – 120 с.

4. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Республики Коми в 2010 году" [Текст] / М-во природ. ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Коми, Гос. учреждение Респ. Коми "Террит. фонд информации по природ. ресурсам и охране окружающей среды Респ. Коми" ; ред. кол. : Ю. В. Лисин [и др.]. – Сыктывкар : [б. и.], 2011. – 116 с.

5. Государственный доклад "О состоянии окружающей среды Республики Коми в 2011 году" [Текст] / М-во природ. ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Коми, Гос. бюдж. учреждение Респ. Коми "Террит. фонд информации по природ. ресурсам и охране окружающей среды Респ. Коми" ; ред. кол. : Ю. В. Лисин [и др.]. – Сыктывкар : [б. и.], 2012. – 118 с.

6. Специальные и специализированные автотранспортные средства России и СНГ [Текст] : справочник. Вып. 1. Фургоны / под ред. М. И. Гриффа. – Москва : АСВ, 2003. – 136 с.

81

7. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования [Текст] : справочник : в 3-х томах. Т. 1 / А. С. Тимонин. – Изд. 2-е., перераб., и доп. – Калуга : Изд-во Н. Бочкарёвой, 2002. – 852 с.

8. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования [Текст] : справочник : в 3-х томах. Т. 2 / А. С. Тимонин. – изд. 2-е., перераб., и доп. – Калуга : Изд-во Н. Бочкарёвой, 2002. – 1026 с.

9. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования [Текст] : справочник : в 3-х томах . Т. 3 / А. С. Тимонин. – Изд. 2-е., перераб., и доп. – Калуга : Изд-во Н. Бочкарёвой, 2002. – 966 с.

10. Тищенко, Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха [Текст] : справочное издание : в 2-х книгах. Кн.1. Выделение вредных веществ / Н. Ф. Тищенко, А. Н. Тищенко. – Москва : Химия, 1993. – 193 с.

11. Тищенко, Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха [Текст] : справочное издание : в 2-х книгах. Кн. 2. Распределение вредных веществ / Н. Ф. Тищенко, А. Н. Тищенко. – Москва : Химия, 1993. – 314 с.