Исходные данные для расчета
Вариант № 17
Место расположения источника выброса – г. Гурзуф;
Выбрасываемое вещество – сероводород;
ПДК для сероводорода — 0,008 мг/м3;
Фоновая концентрация Сф = 0,001 мг/м3;
Температура выбрасываемой газовоздушной смеси Тг = 25 °С;
Температура окружающего воздуха Тв = 23 °С;
Коэффициент, зависящие от температурной апратификации атмосферы А = 180;
Высота выброса Н = 30 м;
Скорость выброса ωо = 3,2 м/с;
Диаметр устья источника D = 1,2 м;
Мощность источника М = 110 г/с.
Практическая работа №1
Расчет предельно-допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в атмосферу.
ПДВ вредных веществ в атмосферу устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую предельно-допустимую концентрацию (ПДК) для выбрасываемого вредного вещества.
При установлении ПДВ учитывают фоновые концентрации вредного вещества в атмосфере – концентрация этого вещества без учета вклада данного источника.
Для нагретых выбросов (ΔТ>0);
мг/м
;
Где А – коэффициент, зависящий от температурной апратификации атмосферы;
F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере ( F=1 для газов и мелкодисперсной пыли);
M, n –коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника;
Коэффициент m:
;
Где 
;
;
ωо — скорость выброса, м/с;
D – диаметр устья источника, м;
Н – высота источника, м;
ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (Тг) и температурой окружающего воздуха (Тв), °С;
Коэффициент n = 4,4* 
, при <0,5;
Где Vм – параметр, определяющий среднюю скорость ветра, м/с;
Для нагретых выбросов (ΔТ>0)
Где V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с;
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. Если перепад высоты не превышает 50 м на 1 км, то η = 1.
Вывод: ПДВ = 0,06 мг/м3
Практическая работа № 2
Определение максимального значения приземной концентрации вредных веществ.
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника определяется по формуле для нагретых выбросов (ΔТ>0):
мг/м3
Где М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (мощность источника).
Вывод: максимальное значение приземной концентрации вредных веществ См = 14,52 мг/м3.
Практическая работы № 3
Определение опасного расстояния от источника выброса.
Расстояние Хм (м) от источника выброса, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См, определяется по формуле:
, м;
Где коэффициент d для нагретых выбросов (ΔТ>0) определяется:
Т. к. =0,405 м/с, то
при Vм ≤ 0,5;
Вывод: опасное расстояние от источника выброса 
= 
М.
Практическая работа №4
Определение минимальной высоты источника выброса.
Если приземная концентрация вредного вещества превышает допустимую (ПДК), то необходимо разработать мероприятия по снижению этой концентрации. Одним из путей решения этой проблемы является увеличение высоты источника выбросов.
Минимальная высота источника выброса определяется по формуле:
Где К=1,05.
Вывод: Т. к. высота источника получается больше, чем реально можно построить, то на данном источнике выбросов необходимо установить очистное устройство.
Практическая работа № 5
Уточнение границ санитарно-защитной зоны предприятия.
Исходные данные:
|
Параметры |
Направление ветра |
|||||||
|
С |
СВ |
В |
ЮВ |
Ю |
ЮЗ |
З |
СЗ |
|
|
Г. Судак |
||||||||
|
Среднегодовая повторяемость направления ветра Р1 по СНиП 11-А.6-72,% |
8 |
21,5 |
12,5 |
8 |
12,5 |
17 |
3,5 |
17 |
|
Повторяемость ветров одного румба при круговой розе ветров Р2, % |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
|
Нормативный размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) по СНиП 245-71, L1,м |
50 |
86 |
50 |
32 |
50 |
68 |
14 |
68 |
Расчетное значение санитарно-защитной зоны (L2, м) для данного предприятия определим по формуле:
Где L1 — нормативный размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) по СН 245-71, м;
P1 — среднегодовая повторяемость направления ветра по СНиП 11-А.6-72, %;
Р2 — повторяемость ветров одного румба при круговой розе ветров, %. .
Результаты расчетов СЗЗ (L2, м) для данного предприятия заносим в таблицу.
|
Расчетное значение СЗЗ L2, м |
78 |
50 |
63 |
50 |
50 |
53 |
50 |
50 |
Если в северном направлении 
м, то на эту величину необходимо увеличить СЗЗ предприятия.
Если в южном направлении 
м, то СЗЗ предприятия достаточно в соответствии с нормативным значением.
Рис 1.1. Санитарно-защитная зона предприятия
Практическая работа №6
Выбор и расчет циклонного пылеуловителя
Исходные данные:
Расход газа от источника выбросов, Lo = 3,6 м3/с;
Температура, tr = 96 oC;
Давление перед циклоном, Ризб. = 420 Па;
Концентрация пыли в выбросе, Свх = 1,6 мг/мз;
Пыль – соляная;
Тип циклона –ЦН-15;
Характеристики пыли:
Диаметр, dm = 7,3 мкм;
Наклон прямой σr = 8;
Плотность, ρп = 3360 г/м3;
Средний диаметр, dср. п = 9,7 мкм;
Lg ση = 0,308;
Оптимальная скорость wопт = 3,6 м/с.
1. Определяем плотность газа при рабочих условиях, кг/м3 по формуле:
;
кг/м.
2. Определяем расход газа при рабочих условиях, м3/с по формуле:
;
Где ρо – плотность газа, равная 1,2 кг/м3
.
3. Рассчитываем необходимую площадь сечения циклонов F, м2 по формуле:
м2.
4. Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N, м по формуле в первом приближении N = 1:
;
М;
Диаметр циклона округляем до величины стандартного размера Dц = 0,6.
5. Вычисляем действительную скорость газа в циклоне, м/с по формуле:
;
м/с;
Скорость в циклоне не должна отклонятся более чем на 15 % от оптимальной, а мы получили wц > wопт на 50 %, что не удовлетворяет требуемым условиям эксплуатации циклонов. Поэтому необходимо произвести пересчет диаметра циклона, с учетом количества N = 2 и Dц = 1м, далее производим перерасчет, принимая к установке циклон большего диаметра.
М/с
6. Рассчитываем коэффициент гидравлического сопротивления ξц одиночного циклона или группы циклонов по формуле:
Где К1 =1 — коэффициент, учитывающий влияние диаметра циклона;
К2 =0,925 – коэффициент, учитывающий влияние запыленности;
ξ500 = 163 – для циклона ЦН-15.
.
7. Определяем потери давления в циклоне ΔР, 
по формуле:
Па.
8. Определяем эффективность очистки воздуха d50, % при рабочих условиях (диаметре циклона, скорости потока, плотность пыли, динамической вязкости газа) по формуле:
;
Где 
= 4,5 мкм – диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %;
D – диаметр циклона, м;
Dt – диаметр типового циклона;
ρп. т = 1930 г/м3 – плотность частиц типового циклона;
ρп – плотность частиц пыли;
μ = 0,65 Н. с/м2 – вязкость газа;
μt = 1 Н. с/м2 – динамическая вязкость газа;
Wt = 3,22 м/с – скорость потока газа;
W = 3 м/с – действительная скорость газа;
%.
9. Определяем параметр Х по формуле:
Где dm – диаметр пыли;
D50 – коэффициент очистки воздуха %;
.
10. По величине Х определяем значение Ф(Х), тогда степень очистки воздуха от пыли η, % находим по формуле:
Где Ф(Х) = 0,70195;
85,09%.
11. Определяем количество выбрасываемой в атмосферу пыли по формуле:
г/с,
Где М1 – количество входящей пыли в циклон, г/с, определяем по формуле:
г/c;
М2 – количество уловленной пыли циклоном, г/с, определяется по формуле:
г/с.
Вывод:
Выбран циклон типа ЦН-15 диаметром Dц = 1 м, высотой Н = 4560 мм.
Определен коэффициент сопротивления ξц = 150,78 и гидравлические потери давления в нем ΔР = 1047 Па.
Эффективность пылеулавливания циклона составляет η = 85 %.
Количество входящей пыли составляет М1 = 9,6 г/с, уловленной М2 = 8,16 г/с, выбрасываемой в окружающую среду ΔМ =1,44 г/с.
Практическая работа № 7
Расчет рукавного фильтра.
Исходные данные:
Расход очищаемых газов Lп = 95000 м3/ч
Концентрация пыли в газе Cвх =2,8 г/м3
Медиальный диаметр частиц пыли dч =110 мкм
Вид пыли – гранитная.
Температура газа Т = 39 оС
Плотность газа ρг =2,5.106
Способ регенерации – обр. продувка.
Концентрация пыли после очистки Свых =12 мг/м3
1. По таблицам 4.1 — 4.6 определяем значения нормативной газовой нагрузки qн = 1,7 м3/(м2.мин), коэффициенты С1 = 0,85; С2 = 1,085; С3 = 1,3; С4 = 0,84; С5 = 0,955.
2. Находим удельную газовую нагрузку q, м3/(м2.мин):
.
3. Рассчитываем фильтрованную площадь рукавов Fф, м2
.
4. Принимаем для приведенных условий 3 фильтра ФР-250 (281 м2).
5. Находим гидравлическое сопротивление фильтрованной перегородки, для этого вначале находим значения К1 = 1300.106 м-1; К2 = 6,5.109 м/кг; μ = 19.10-6 Па. с; τ = 100 с. Находим:
м/с;
Тогда: 
Па;
.
6. Определяем скорость потока во входном патрубке, м/с:
.
7. Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата, Па:
;
Где 
кг/м3
.
8. Общее гидравлическое сопротивление рукавного фильтра, Па:
;
.
9. Эффективность пылеуловителя, %:
;
.
10. Количество входящей пыли, г/с:
;
.
11. Вычисляем количество уловленной пыли, г/с:
;
.
12. Определяем количество пыли выбрасываемой после очистки в окружающую среду, г/с:
;
.
Вывод:
Подобран рукавный фильтр ФР-250, площадь поверхности фильтрации F=843 м2.
Гидравлическое сопротивление фильтра ∆рф=2089,9 Па.
Степень очистки фильтра η=99 %
Количество входящей пыли составляет М1=73б9 г/с.
Количество уловленной пыли М2=77,15 г/с.
Количество выбрасываемой пыли в окружающую среду ∆М=0,75 г/с.
Практическая работа № 8
Расчет газопромывателя
Исходные данные:
Массовый расход газа L=7,5 кг/с
Температура очищаемого газа 
ОС
Плотность газа ρо=0,47 кг/м3
Концентрация пыли на входе С1=0,6 г/м3
Концентрация пыли на выходе С2=0,014 г/м3
Температура жидкости 
оС
Давление жидкости Рж=208 кПа
1. Определяем эффективность аппарата, %
Где С1 – концентрация пыли на выходе в аппарат, мг/м3;
С2 – требуемая концентрация пыли на выходе из аппарата, мг/м3
.
2. Рассчитывается число единиц переноса:
;
.
3. Удельная энергия на пылеулавливание, кДж/1000м3:
;
.
4. Плотность газов на выходе в скруббер, кг/м3:
;
.
5. Объемный расход газов, поступающих в скруббер, м3/с:
;
Где 
.
6. Расход орошающей воды, кг/с:
;
Где m = 0,001 м3/м3 – удельный расход воды;
ρж=1000 кг/м3 – плотность воды.
.
7. Гидравлическое сопротивление скруббера, Па:
8. Охлаждение насыщенных газов в скруббере принимается равным 1-2оС, тогда плотность выходящих газов, кг/м3:
;
9. Гидравлическое сопротивление каплеуловителя, Па:
10. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:
.
11. Скорость газов в трубе Вентури, м/с:
12. Диаметр горловины трубы Вентури, м:
13. Количество входящей пыли, г/с:
14. Вычисляем количество уловленной пыли после очистки, г/с:
15. Определяем количество пыли выбрасываемой после очистки в окружающую среду, г/с:
Вывод:
Подбираем трубу Вентури с диаметром горловины 2800 мм – ГВПВ-0,030-400, габаритные размеры 0,790 х 1,325 х 4,025;
Гидравлическое сопротивление ∆Ртр=10977,86 Па;
Степень улавливания η=98 %;
Количество входящей пыли составляет М1=9,6 г/с, уловленной М2=9,4 г/с, выбрасываемой в окружающую среду ∆М=0,2 г/с.
Практическая работа № 9
Расчет абсорбирующей способности скруббера.
Исходные данные:
Расчет чистого воздуха Vн. г.=250 м3/ч
Расход воды L=780 кг/ч
Объемное содержание паров ацетона в воздухе Ун=0,78%
Плотность жидкости ρж=1000 кг/м3
Плотность воздуха ρп=0,45 кг/м3
1. Определяется количество поглощаемого ацетона, кмоль/кг:
2. Конечная концентрация ацетона в воде, кмоль:
3. Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из скруббера, кмоль:
4. Начальная концентрация ацетона в воздухе при входе в скруббер, кмоль:
5. Движущая сила абсорбции при входе в скруббер, кмоль:
Где 
— уравнение равновесной линии
6. Движущая сила абсорбции при выходе из скруббера, кмоль:
Где 
7. Средняя движущая сила, кмоль:
8. Требуемая поверхность массопередачи, м2:
9. Объем слоя керамических колец, м3:
Где δ – удельная поверхность насадки, δ=204 м2/м3
10. Скорость газа для режима эмульгирования, м/с:
;
Где g=9,8 – ускорение свободного падения
11. Рабочая скорость газа для режима эмульгирования, м/с:
12. Сечение скруббера, м2
13. Диаметр скруббера, м:
Где π=3,14
14. Требуемая высота насадки, м:
Практическая работа № 10
Расчет предотвращенного ущерба.
Исходные данные: (из расчета циклона)
тыс. грн./год;
Где γ=0,24 грн./усл. т – константа, численное значение для атмосферы
σ=8 – безразмерный показатель относительной опасности загрязнения, зависящий от функционального назначения загрязняемой территории
F=3,5 – коэффициент, учитывающий характер рассеивания загрязняющих выбросов, зависящий от высоты источника и среднегодового значения разности температур в устье источника и в окружающей среде
∆М – снижение приведенной массы выбросов в окружающую среду, усл. т/год
Где М1год и М2год – приведенные массы выброса загрязняющего вещества до и после ввода в действие очистного оборудования:
Вывод: Предотвращенный ущерб вследствие установки газоочистного оборудования – циклона ЦН-15 составил ∆У=357,37 тыс. грн./год.
Используемая литература:
ДСТУ 3008-95 Документация. Отчеты в среде науки и техники. Структура и правила оформления. – Киев: Госстандарт Украины, 1995.-37 с.
ГОСТ 17.2.3.02-78 Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. – М.: Изд. Стандартов. 1979.-14 с.
Справочник по пыле — и газоулавливанию/М. И. Биргер, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Магков и др. Под общ. ред. А. А. Русанова. — 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983.-312 с., ил.
Циклоны НИИОГаз. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации – Ярославль. ВО по очистке газов и пылеулавливанию 1971.-94 с.
Г. М. – А. А. Алиев. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справочник. – Москва «Металлургия». 1986,-543 с.
Ужов В. Н., Вальдбер А. Ю., Мягков Б. И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. – М.: Химия, 1981.-392 с.
Моргулис М. Л., Биргер М. И. Рукавные фильтры. – М.: Машиностроение, 1977.-256 с.
Методические рекомендации по расчету мокрых пылеуловителей А3-679. – М.: ГОСстрой СССР ГПИ Сантехпроект,1976.-64 с.
Газоочистные аппараты сухого и мокрого типов. Каталог. – М.: Цинтихимнефтемаш, 1984.-92 с.
К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1969.-624 с.
Экономическая эффективность мероприятий по охране окружающей среды при строительстве под ред. И. Г. Галкина. – М.: Стройиздат. 1989.с.290-316.
СН 245-71 Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. – М.: Медиздат, 1972.-92 с.