Задание 3. Расчет скруббера вентури

Задание: Рассчитать скруббер Вентури для очистки мартеновского газа.

Исходные данные: влагосодержание газа f₁, г/м³; количество газа V₀, м³/ч; температура газа, поступающего в газоочистку t, °С; запыленность газа q₁, г/м³; разрежение перед трубами Вентури р, Па; барометрического давление р_бар = 101 325 Па; требуемая конечная запыленность газа q₂, мг/м³; температура воды, подаваемой в аппараты t₁, °С. Состав газа: 20% CO₂, 70% N₂ и 10% O₂.

Варианты заданий

№ п/п	f1, г/м3	V0, м3/ч	t, °С	q1, г/м3	р, Па	q2, мг/м3	t1, °С
1	50	80 000	250	4	3 000	90	30
2	40	75 000	200	5	2 000	100	25
3	50	60 000	300	6	2 500	110	20
4	60	80 000	150	4	2 750	80	35
5	50	70 000	200	7	2 200	95	30
6	40	65 000	250	5	3 000	100	20
7	60	80 000	300	6	2 500	85	25
8	50	75 000	150	4	2 300	90	22
9	40	60 000	200	7	2 800	110	30

Методические указания к расчету скруббера Вентури:

1. Требуемая эффективность пылеуловителя:

ŋ = (q₁ – q₂) / q₁

2. Число единиц переноса¹:

N_ч = ln [1/(1– ŋ)]

3. Значение удельной энергии К_т² (кДж/1000 м³) находим из формулы:

N_ч = А · К_т^В

Значения А и В принимаются по данным табл. 1.

4. Количество газа, поступающего в трубы Вентури при рабочих условиях:

V ₁ = V₀ · 101 325 (273 + t)

3600 273 (101325 – Р) , м³/с

5. Общий расход воды на трубы Вентури:

V_B = m ·V₁ , м³/с,

где удельный расход воды m равен 1л/м³.

Таблица 1.

Значения параметров А и В пыли для некоторых технологических процессов черной металлургии

Вид пыли	А	В
Конверторная пыль	9,88·10-2	0,4663
Пыль мартеновских печей	1,565·10-6	1,619
Пыль из доменных печей	0,1925	0,3255
Пыль закрытой печи, выплавляющей углеродистый феррохром	6,49·10-5	1,1
Зола дымовых газов ТЭЦ	0,17	0,3

6. Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури:

∆p = K_T – p_B·m,

где давление воды p_B равно 300 Па.

7. Плотность газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури:

ρ₀ = 1/100 · (ρ_01·а₁ + ρ_02·а₂ + ……ρ_0n·а_n), кг/м³,

где а₁, а₂…. а_n – содержание компонента газа в смеси, %(объем); ρ_01, ρ₀₂…ρ_0n – плотности компонентов газа при нормальных условиях, значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

Газ	Плотность при 0°С и давлении 0,101 МПа, кг/м3
Азот N2	1,2507
Углекислый газ CO2	1,963
Кислород O2	1,42895

8. Температура газа на выходе из трубы Вентури:

t = (0,133 – 0,041 · m)·t₁ + 35,

где m – удельный расход воды, равный 1л/м³.

9. Находим влагосодержание газа на выходе из труб Вентури, пользуясь диаграммой I –x (см. рис.):

х₁ = f₁ / ρ₀

Из точки на диаграмме I – х, характеризуемой параметрами х₁ и t₁, проводим линию I до пересечения с изотермой t₂ и, опустив перпендикуляр из полученной точки, найдем х₂, кг/кг или f₂ = х₂·ρ₀, кг/м³.

Рис. I – x диаграмма влажного воздуха

10. Плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури:

ρ ₂ = (ρ₀ + f₂)·273·(р_бар – р – ∆р)

(1 + f₂/0,804)·101325·(273 + t₂), кг/м³

11. Находим количество газа на выходе из трубы Вентури:

V₂ = (V₀/3600)·(ρ₀/ρ₂), м³/с

12. Размеры инерционного пыле- и каплеуловителя (бункера):

, м,

скорость в поперечном сечении бункера ν_б равна 2,5 м/с.

13. Высоту цилиндрической части бункера принимаем Н_б = 4,3 м.

14. Гидравлическое сопротивление бункера:

∆p_б = ξ·(ν_б²/2)·ρ_2, Па,

ξ принимаем равным 80.

15. Выбираем для установки скоростной золоуловитель типа МС-ВТИ (табл. 3) и находим его диаметр:

, м,

скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем ν₂ = 4,5 м/с.

Таблица 3

Технические характеристики скоростных золоуловителей типа МС-ВТИ

Типоразмеры	Диаметр аппарата, м	Полная высота корпуса, м	Длина трубы распылителя, м	Номинальная производительность, тыс. м3/ч	Расход воды на орошение корпуса, т/ч	Масса аппарата, т
МС-ВТИ-2800	2,8	9,66	2,95	90	4,4	7
МС-ВТИ-3000	3,0	10,32	3,27	108	4,7	8
МС-ВТИ-3200	3,2	10,98	3,51	125	5,0	9,1
МС-ВТИ-3600	3,6	12,29	3,74	160	5,7	11,5
МС-ВТИ-4000	4,0	13,61	4,13	200	6,3	14,2
МС-ВТИ-4500	4,5	15,25	4,69	250	7,0	18,0

16. Предусматриваем стандартный скруббер (табл. 3) и рассчитываем действительную скорость газа в нем:

ν = 4·V₂ /π D²_скр, м/с

17. Гидравлическое сопротивление скруббера:

∆p_скр = ξ·(ν²/2)·ρ_2, Па,

ξ принимаем равным 34.

18. Гидравлическое сопротивление труб Вентури:

∆p_ТВ = ∆р – ∆p_б – ∆p_скр, Па.