по дисциплине «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

Задачи к ГОС экзамену

 

 

Задача 1.

Определить продолжительность прохождения τ, с, газами пылеосадительной камеры при следующих условиях: длина камеры L = 4,0 м, ширина камеры B = 2,5 м, высота камеры H = 4,3 м, объемный расход газов = 1,6 м³/с.

 

Решение:

 

Задача 2.

Определить диаметр циклона D, м, для выделения частиц сухого материала из воздуха по следующим данным: расход воздуха V=1500 кг/ч, температура t_Г = 110°С. Тип циклона – ЦН-15, коэффициент сопротивления циклона ЦН-15 ξ₀=160. Принять отношение равным 750.

 

Решение:

Из уравнения = :

Условная скорость газа в цилиндрической части циклона:

м/с.

м,

где 0,92 - плотность воздуха ( 0,92 кг/м³).

Принимаем диаметр циклона равным 0,5 м.

Задача 3.

 

Определить скорость фильтрации в рукавном фильтре (тип фильтра - со встряхиванием и продувкой) газов, очищаемых от литейной пыли, если размер улавливаемых частиц 2 мкм, концентрация пыли 6 г/м³, температура газов 120°С.

 

Скорость фильтрации корректируют по формуле:

где ν_фп — константа удельной нагрузки, зависящая от вида улавливаемой пыли: определяется по справочным данным как среднее арифметическое из максимального и минимального значений нагрузки;

А — коэффициент, учитывающий влияние размера частиц (по справ. данным);

В — коэффициент, учитывающий влияние технологического передела (по справ. данным);

С— коэффициент, учитывающий влияние температуры газов (по справ. данным);

D — коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли в очи­щаемом газе (по справ. данным).

Задача 4.

 

Определить площадь фильтрации установки S_Ф и площадь одной секции фильтра S₁ (тип фильтра - со встряхиванием и продувкой), если количество очищаемых запыленных газов составляет 0,45 м³/с, расход продувочных газов 0,05 м³/с. Число секций фильтра n = 2. Размер улавливаемых частиц 5 мкм, концентрация пыли 15 г/м³, температура газов 80°С. Подобрать типоразмер фильтра в соответствии со справочными данными.

 

Общая площадь фильтрации:

,

где Sр – площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м²; Sс – площадь ткани в регенерируемой секции, м²; V₁ – расход запыленных газов, м³/мин; V₂ - расход продувочных газов или воздуха, м³/мин.

Требуемое число секций фильтра определяется по формуле:

n=Sф/S₁,

где S₁ – площадь фильтровальных рукавов в одном фильтре (секции).

Скорость фильтрации корректируют по формуле:

где ν_фп — константа удельной нагрузки, зависящая от вида улавливаемой пыли: определяется по справочным данным как среднее арифметическое из максимального и минимального значений нагрузки;

А — коэффициент, учитывающий влияние размера частиц (по справ. данным);

В — коэффициент, учитывающий влияние технологического передела (по справ. данным);

С— коэффициент, учитывающий влияние температуры газов (по справ. данным);

D — коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли в очи­щаемом газе (по справ. данным).

Задача 5.

Рассчитать расход уловленной в скруббере пыли G_П, кг/с, при следующих исходных данных: начальная концентрация пыли в газе с_н = 0,008 кг/м³; заданная степень пылеулавливания η = 0,98; расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях, Q_H = 36000м³/ч.

Решение:

G_П = Q_Н·с_н·η=36000·0,008·0,98/3600=0,078 кг/с.

 

Задача 6.

Определить расход поступающей воды в скруббер L, кг/с, при следующих исходных данных: расход уловленной в скруббере пыли G_П = 0,23 кг/с, коэффициент распределения К_Р (задать), концентрация пыли в утечке х_у (задать).

 

Решение:

L = 2·G_П·К_Р/х_у=2·0,23·0,7/0,1=3,22 кг/с,

где К_Р - коэффициент распределения, находится в диапазоне 0,6 – 0,8; в расчетах обычно принимают К_Р = 0,7;

х_у - концентрация пыли в утечке изменяется от 0,2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до 0,05 (для цементирующихся пылей).

 

Задача 7.

Найти соотношение диаметров частиц свинца (ρ_св = 7900 кг/м³) и кварца (ρ_к = 2600 кг/м³) d_cв/d_к, осаждающихся в воздухе с одинаковой скоростью , м/с, при Re<0,2.

 

Решение:

При ламинарном режиме скорость осаждения частицы в воздухе , м/с, определяется по формуле:

.

Приравнивая скорости осаждения частиц свинца и кварца, получим:

7900· =2600· ,

откуда определяем соотношение d_cв/d_к.

 

Задача 8.

Найти соотношение диаметров частиц свинца (ρ_св = 7900 кг/м³) и кварца (ρ_к = 2600 кг/м³) d_cв/d_к, осаждающихся в воде с одинаковой скоростью , м/с, при Re<0,2.

 

Решение:

При ламинарном режиме скорость осаждения частицы в воде , м/с, определяется по формуле:

.

Приравнивая скорости осаждения частиц свинца и кварца, получим:

(7900-1000)= (2600-1000),

откуда определяем соотношение d_cв/d_к.

 

 

Задача 9.

Рассчитать поверхность осаждения отстойника F, м², при следующих исходных данных: коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределе­ния исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие фак­торы, проявляющиеся в производственных условиях К₃ (задать); массовый расход исходной суспензии, G_CM = 7900 кг/ч; плотность осветленной жидкости, ρ _о.св = 1000 кг/м³; скорость осаждения частиц суспензии, ω_QT = 2,35·10^-4 м/с; х_см =0,15, х_ос =0,4и х_осв =0,0001— содержание твер­дых частиц соответственно в исходной смеси, осадке и осветленной жидкости, масс. доли.

 

Решение:

F=1,3· 6 м².

где К₃ - коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределе­ния исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие фак­торы, проявляющиеся в производственных условиях (обычно К₃= 1,3- 1,35).

Задача 10.

Найти скорость осаждения в воде , м/с, частиц кварцевого песка шарообразной формы диаметром d = 0,7 мм, если плотность песка ρ = 2600 кг/м³, температура воды t = 20°С.

 

Решение:

Критерий Архимеда Ar:

,

где =1·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости среды для воды при t = 20°С в соответствии со справочными данными (табл. 1).

Ar = 5384

Критерий Рейнольдса:

Re = 0,152 Ar^0,714 = 0,152·5384^0,714 = 70

Скорость осаждения:

0,1 м/с.

 

Задача 11.

Определить продолжительность фильтрования жидкости τ, с, объемом V = 10 дм³ через 1 м² фильтра, если при предварительном испытании фильтра с 1 м² было собрано фильтрата: V = 1дм³ через τ = 3,35 мин и V = 3 дм³ через τ = 16,5 мин после начала фильтрования.

 

Решение:

Объем фильтрата V, прошедшего через 1 м² фильтрующей поверхности за время τ, и продолжительность фильтрования τ связаны уравнением:

V²+2·V·C=K·τ

Составляем два аналогичных уравнения для определения констант K и C:

1²+2·1·C=K·3,35 или 1+2С=3,35К

3²+2·3·C=K·16,5 или 9+6С=16,5К,

откуда определяем K и C.

Полученные значения K и C подставляем в уравнение фильтрования:

10²+2·10·C=K·τ или 100+20С=К·τ,

откуда определяем τ.

Задача 12.

Найти производительность барабанного вакуум-фильтра V_об, м³/с, при следующих исходных данных: общая поверхность фильтрования F = 20 м²; поправочный коэффициент, учитывающий необходимость увеличения поверхности из-за увеличения сопротивления фильтровальной перегородки при многократном ее использовании К_П =0,8; удельный объем фильтрата, т. е. объем, получаемый с 1 м² фильтро­вальной перегородки за время фильтрования υ_ф.уд.=0,021; продолжительность полного цикла τ_ц =180 с.

 

Решение:

V_ОБ=F·υ_ф.уд.· К_П / τ_ц=20·0,021·0,8/180=0,00186 м³/с.

 

Задача 13.

Определить необходимую концентрацию активного ила иловой смеси в аэротенке смешения, предназначенном для биохимического окисления загрязнений стоков нефтехимического предприятия. Начальная концентрация органических загрязнений по БПК₅ = 130 г О₂/м³. После очистки концентрация загрязнений не должна превышать = 10 г О₂/м³. Время пребывания в аэротенке τ = 10 ч.

 

Решение:

Концентрация активного ила а, г/м³:

4286 г/м³,

где - коэффициент, показывающий, какое количество воды в единицу времени можно подавать на очистку ( м³/(г·ч) – для стоков нефтехимических предприятий).

 

Задача 14.

Определить количество воды G₁, кг/с, которое можно нагреть с температуры t_1н = 20 °С до температуры t_1к = 65 °С в водогрейном котле-утилизаторе за счет использования тепла дымовых газов. Параметры дымовых газов: температура газов на входе в котел-утилизатор t_2н = 250 °С; температура газов на выходе из котла-утилизатора t_2к= 140 °С; количество дымовых газов G₂ = 2,3 кг/с. Принять КПД котла-утилизатора η = 0,98.

 

Решение:

Количество теплоты, полезно воспринятое нагреваемой водой:

Q= G₁с₁(t_1к- t_1н)= G₂с₂(t_2н - t_2к)η.

Из данного уравнения находим G₁, кг/с.

 

Задача 15.

Определить коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²К), от греющей жидкости к нагреваемой жидкости в теплообменном аппарате, если коэффициент теплоотдачи от греющей жидкости к стенке трубки равен α₁ = 2750 Вт/(м²К), коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к греющей жидкости равен α₂ = 3400 Вт/(м²К), толщина стенки δ = 2 мм, коэффициент теплопроводности λ = 15,9 Вт/(мК). Термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон трубок принять равным r_З1= r_З2=1/5800 м²К/Вт.

 

Решение:

Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²К):

k = ,

где .