Анализ процессов и расчёт аппаратов защиты окружающей среды

«Адгезия представляет собой явление самопроизвольного притяжения между конденсированными (твёрдыми или жидкими) телами. Частные случаи адгезии – аутогезия и когезия. Аутогезия – адгезия между однородными телами. Когезия – адгезия внутри конденсированного тела.» [12]В соответствии со вторым началом термодинамики любая из систем стремится к состоянию с наименьшей энергией. Поверхностные явления обусловлены стремлением системы снизить поверхностную энергию, что возможно осуществить за счёт уменьшения поверхности раздела фаз в системе либо изменения характера поверхности.Если нанести нанесении капли жидкости на твёрдое тело в воздушной среде то происходит образование трех границ раздела фаз: твердое – жидкость, жидкость – газ и твёрдое – газ. Во всех случаях действуют силы поверхностного натяжения, что в итоге приводит к установлению равновесия, уникального для каждого конкретного случая.Исходя из условия равновесия, запишем формулу 41:(41)где -поверхностное натяжение на соответствующей границе, Н/м; – краевой угол смачивания, градус.«Краевой угол смачивания всегда откладывается в сторону жидкости и заключён между поверхностями раздела твёрдое – жидкое и жидкое – газ. В зависимости от краевого угла смачивания поверхности подразделяют (в случае если жидкость – вода) на гидрофобные, для которых краевой угол смачивания более 90 градусов, и гидрофильные, для которых краевой угол смачивания менее 90 градусов.» [12]Нанесение капли между жидкостью и твёрдым телом приводит к образованию новой поверхности раздела. Если этот процесс происходит самопроизвольно, то он сопровождается снижением энергии и совершением системой работы, которая называется работой адгезии. Работа в данном случае совершается за счёт убыли энергии, основная энергетическая характеристика поверхности – поверхностное натяжение, запишем формулу 42:(42)где – работа адгезии, Дж.Преобразовав формулу путем переноса поверхностного натяжения на границе жидкое – газ в левую часть равенства и получим формулу 43:(43)Выполнив преобразования, получим:(44)Принцип работы флотационной установки заключается в пропускании газа через суспензию, что ведет к налипанию пузырьков воздуха на частицы фазы, их всплывание и удаление. Таким образом, в процессе флотации будут с большей эффективностью отделены такие частицы, для которых краевой угол смачивания достигает больших значений, тогда как поверхностное натяжение на границе жидкое – газ мало. Эти факторы способствуют тому, чтобы на границе твердое – жидкое образовался избыток поверхностной энергии, и прилипание пузырьков вело бы к существенному снижению энергии. На рисунке 7 представлены основные типы фтотаторов. а) б) в)Рисунок 7 – Типы флотаторов:а) Флотатор с выделением воздуха из раствора; б) Импеллерный флотатор с механическим диспергированием; в) Пневматический флотатор[14]4.2 Достоинства и недостаткиНа сегодняшний день в промышленности существует несколько разновидностей флотаторов, их конструктивные особенности, достоинства и недостатки рассмотрим в таблице 5 [13].Таблица 5 – Сравнительный анализ флотаторов разных конструкцийТипКонструктивные особенностиДостоинстваНедостаткиФлотатор с выделением воздуха из раствораКонструкция представляет собой радиальный отстойник, который оборудован флотационной камерой с водораспределителем, через который идет подача пересыщенной воздухом воды. Удаление пены в шламонакопитель осуществляется скребком 1)Простота конструкции;2)Удаление высокодисперсных частиц1)Необходимдополнительныйсатуратор для пересыщения подводимой во флотационную камеру воды воздух, что ведет к увеличению нагрузки на привод компрессораИмпеллерный флотатор с механическим диспергированиемКорпус аппарата прямоугольной формы, снабжён флотационной камерой, где при помощи вращающегося импеллера с воздушной трубкой происходит диспергирование воздуха в растворе. Пена удаляется пеноснимателем1)Возможна очистка сточных вод с высокой концентрацией нерастворённых примесей, жиров и нефтепродуктов1)Повышение нагрузки на привод вала импеллера и компрессоров для подачи, 2)Ограниченная производительностьПродолжение таблицы 5ТипКонструктивные особенностиДостоинстваНедостаткиПневматический флотаторГоризонтальный аппарат, в нижней части его расположена газораспределительная камера, в которую подается воздух.Диспергирование воздуха осуществляется через фильтроносные пластины газораспределительной камеры. Флотационная камера располагается непосредственно над газораспределительной, пена удаляется скребком1)Простота конструкции;2)Малые энергозатраты1)Высота жидкости над фильтроносными пластинами не должна превышать 2 метров, что ограничивает производительность аппарата. 2)Образование осадка на фильтроносных пластинах увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата и расход энергии на привод компрессора4.3 Эксплуатационные особенности флотатораЭксплуатация флотатора должна осуществляться при непосредственном использовании средств контроля и автоматизации технологического процесса.Качество очистки рекомендуют контролировать по величине оптических плотностей загрязнённой и осветлённой жидкостей.В процессе проведения коагуляции для интенсификации флотации необходимо:-оборудовать аппарат камерой для коагуляции;- перед введением реагентов обязателен замер водородного показателя;-доведение рН до требуемого значения при помощи добавления реагентов, после чего осуществляется введение коагулянта.Флотатор отстойник необходимо подвергать регулярной очистке, в противном случае уменьшается его эффективный объём, а соответственно и производительность аппарата, возрастает гидравлическое сопротивление и падает эффективность очистки.При возникновении аварийных ситуаций предусмотрен аварийный сброс сточных вод. Подход к запорным приспособлениям должен быть обеспечен, запорные приспособления опломбированы [14].4.4 Конструктивный расчёт флотатораПроизведём расчёт флотатора-отстойника. Исходные данные: расход смеси 360 м3/ч; высота аппарата 2,9 м; высота флотационной камеры 1,37 м; общее время пребывания 25 мин; время пребывания во флотационной камере 6 мин; скорость потока во флотационной камере принимаем 10 м/с; скорость потока в отстойнике принимаем 4 м/с [15].Диаметр флотационной камеры определяем по формуле 45:(45)где – расход смеси, м3/ч; – скорость потока во флотационной камере, м/ч.≈7 мДиаметр флотатора – отстойника определяем по формуле 46:(46)где – расход смеси, м3/ч; – скорость потока во флотаторе - отстойнике, м/ч. = 12,67 мОсновные конструктивные параметры сведём в таблицу 6.Таблица 6 – Основные конструктивные параметры флотатораНаименованиеОбозначениеЗначениеДиаметр флотационной камеры, м7Диаметр флотатора - отстойника, м14Высота общая, мH3,2Высота флотационной камеры, м1,4ЗаключениеВ ходе выполнения курсовой работы был произведен конструктивный расчёт циклона, пористого фильтра, скруббера и флотатора. Детально изучены принципы работы указанных аппаратов, рассмотрены основные достоинства и недостатки их. Кроме того, перечислены требования и условия эксплуатации указанных аппаратов с целью долгосрочной работы и достижения эффективной степени очистки отходящих газов. Выполнены конструктивные схемы аппаратов и спецификации к ним.Сведём основные технологические и конструктивные параметры рассчитанных аппаратов в таблицу 7.Таблица 7 – Основные параметры аппаратовАппаратПараметрОбозначениеЗначениеЦиклонРасход, м3/ч12Концентрация на входе, г/м320Концентрация на выходе, г/м31,2Диаметр частиц, осаждаемых при рабочих условиях с эффективностью, равной 50 процентам, мкм2,85Эффективность очистки, процент94Гидравлическое сопротивление аппарата, Па1053,16Мощность привода, КВтN23,7Диаметр аппарата, м1,4Внутренний диаметр выхлопной трубы, мd0,5Продолжение таблицы 7АппаратПараметрОбозначениеЗначениеЦиклонВнутренний диаметр пылевыпускного отверстия, мd10,5Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер), мb0,4Длина входного патрубка, мl0,84Высота установки фланца, мhфл0,14Высота входного патрубка (внутренний размер), мa0,75Высота цилиндрической части циклона, мHц0,8Высота конуса циклона, мHк4,2Высота внешней части выхлопной трубы, мhв0,42Высота заглублений выхлопной трубы, мhт0,75Угол развертки, град (рад)135 (2,35)Радиус улитки, мр0,675Пористый фильтрОбъемный формы расход канал очищаемых служит газов, м3/сQ168Диаметр частиц порошка, мкмdпср246Площадь поверхности фильтрования, м2F0,375Скорость фильтрования, м/сwф0,124Максимальное время работы фильтра, чτм39,8Эффективность очистки, процентƞ98,5Диаметр аппарата, мD0,57Длина аппарата, мl0,57Продолжение таблицы 7АппаратПараметрОбозначениеЗначениеCкрубберСечение скруббера, мS1,73Диаметр скруббера, мDск1,48Высота скруббера, мНск5,5Диаметр сопла форсунки, мdc1,2Диаметр вкладыша и равный ему внутренний диаметр корпуса форсунки, мD2,31Высота вкладыша, мh6,0Длина соплового канала, мl11,2Высота камеры смещения, мl2396Диаметр центрального канала, мd00,63Суммарная площадь закручивающих каналов, мм2Sк1,336·107Размер закручивающих каналов, ммα0,58Флотатор-отстойникДиаметр флотационной камеры, м7Диаметр флотатора - отстойника, мD14Высота общая, мH3,2Высота флотационной камеры, м1,4Список используемых источников1.Ветошкин, А. Г. Инженерная защита водной среды: учебное пособие / А. Г. Ветошкин. — Санкт-Петербург: Лань, 2021. — 416 с. — ISBN 978-5-8114-1628-8. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/168663 (дата обращения: 08.06.2022).2.Циклоны. – Охрана окружающей среды: Процессы и аппараты защиты атмосферы (studme.org)(дата обращения: 08.06.2022).3. Ветошкин, А. Г. Технические средства инженерной экологии: учебное пособие для вузов / А. Г. Ветошкин. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2022. — 424 с. — ISBN 978-5-8114-9014-1. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/183632 (дата обращения: 08.06.2022).4. Расчет пылеулавителей. В 3 ч. Ч. 1. Расчет циклонов и рукавных фильтров. / А.Е. Замураев, В.Б. Пономарев. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2018. 50 с.5. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. В 2 ч. Часть 1: учебник и практикум для академического бакалавриата / В. Б. Кольцов, О. В. Кондратьева; под общ.ред. В. И. Каракеяна. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 277 с.6. Фильтр рукавный с импульсной продувкой для очистки воздуха - ФАСКОМ (bbnt.ru)(дата обращения: 08.06.2022).7. Пористые фильтры и электрофильтры. (tstu.ru)(дата обращения: 08.06.2022).8. Водоподготовка и водоотведение: учебное пособие / Б.С. Ксенофонтов. Москва: ИНФРА-М, 2018. 298 с. ISBN 978-5-8199-0679-8. Текст: электронный. URL: http://znanium.com (дата обращения: 08.06.2022).9. Электронный ресурс http://wiki.unitechbase.com/ статьи:скруббер [ЮниТех] (unitechbase.com)(дата обращения: 08.06.2022).10. Матус, Л. И. Конспект лекций по дисциплине «Методы очистки сточных вод»: учебное пособие / Л. И. Матус, Е. Э. Нефедьева. — Волгоград: ВолгГТУ, 2019. — 96 с. — ISBN 978-5-9948-3457-2. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/157213 (дата обращения: 08.06.2022). 11. Скрубберы — аппараты для мокрой очистки газов — ПЗГО (gas-cleaning.ru)(дата обращения: 08.06.2022).12. Флотация это: флотационная установка для очистки сточных вод и расчет флотатора, принцип и метод флотации это (geostart.ru)(дата обращения: 08.06.2022).13. Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности: учебное пособие / Я. А. Жилинская, И. С. Глушанкова, М. С. Дьяков, М. В. Висков. — Пермь: ПНИПУ, 2012. — 401 с. — ISBN 978-5-398-00918-7. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/160631 (дата обращения: 08.06.2022). 14. Флотация - это способ, метод очистки сточных вод (bookinfa.ru)(дата обращения: 08.06.2022).15. Суслина Л. А. Флотационные процессы обогащения полезных ископаемых: методические указания к курсовому проекту [Электронный ресурс] для студентов специальности 21.05.04 «Горное дело», образовательной программы «Обогащение полезных ископаемых», очной и заочной форм обучения / сост.: Л. А. Суслина. – Кемерово : КузГТУ, 2020.