Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Расчет озонирующей установки




Основные расчетные данные. Расчетный расход озонируемой во­ды Qcyт=48500 м3/сутки, или Qчac=2020 м3/ч.
Дозы озона: максимальная qозмакс=5 г/м3 и средняя годовая qозср=2,6 г/м3.
Максимальный расчетный расход озона
(2.1);

 

= кг/сутки, или 10,1 кг/ч.

Продолжительность контакта воды с озоном t=6 мин.
Компоновка и расчет блока озонаторов. Принят озонатор труб­чатой конструкции производительностью Gоз=5500 г/ч.
Для того чтобы выработать озон в количестве 10,1 кг/ч, озониру­ющая установка должна быть оборудована 10100/5500=2 рабо­чими озонаторами. Кроме того, необходим один резервный озонатор такой же производительности (5,5 кг/ч).
Активная мощность разряда озонатора U является функцией на­пряжения и частоты тока и может быть определена по формуле проф. Ю. В. Филиппова
Вт, (2.2);
где uр — напряжение в разрядном промежутке в В;
— круговая частота тока в Гц;
Cэ и Cп—электрическая емкость соответственно электродов и раз­рядного промежутка в Ф;
ua — рабочее напряжение, подводимое к озонатору, в В.
Для определенного озонатора при установленных рабочих ус­ловиях величины Cэ, Cп и uр имеют постоянные значения независимо от напряжения или частоты тока. Поэтому расход электроэнергии пропорционален частоте тока со и максимальному напряжению то­ка uа.

Напряжение тока в озонаторе принимается по опытным дан­ным.
Производительность озонатора увеличивается с повышением частоты тока со, но вместе с тем возрастает расход электроэнергии трансформатором и преобразователем частоты.
Значения Cэ и Cп определяются по обычным формулам для рас­чета емкости плоского конденсатора; их величины весьма невели­ки и выражаются в микрофарадах.
Для данных условий принимаем: uа=20000 В; =50Гц; Cэ=26,1 мкФ и Cп=0,4 мкФ.


Величина потенциала разряда через разрядный промежуток со­ставляет 2000 В на каждый его линейный миллиметр. Так как в озо­наторе принятого трубчатого типа ширина разрядного промежутка составляет 2,5 мм, то потенциал разряда будет

uр=2,5∙2000=5000 В.
Тогда активная мощность разряда озонатора по формуле (2.2);
Вт или 62 кВт
Следует различать активную мощность озонатора U в кВти вольтамперную мощность Uа, выраженную в кВа. Отношение U/Ua= называется емкостным коэффициентом мощности.
При значении e=0,52 мощность трансформатора будет

Ua=U/ e (2.3);

Ua=62/0,52=120 кВа.
Основной деталью рассматриваемого озонатора являются стек­лянные диэлектрические трубки, заплавленные с одного конца и имеющие на внутренней поверхности графитовые покрытия. В стальные трубки внутренним диаметром d1=92 мм вставлены стеклянные трубки наружным диаметром d2=87 мм. Концентри­ческий зазор между трубками шириной 2,5мм служит разрядным промежутком.
Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного проме­жутка
(2.4);



f =
Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой разрядный промежуток в целях наибольшей экономии расхода электроэнергии рекомендуется в пределах в=0,15 — 0,2 м/сек.
Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озонатора

 


(2.5);

м3/ч.

Поскольку заданная производительность одного озонатора G=5,5 кг/ч, то при коэффициенте весовой концентрации озона Коз=20 г/м3 количество сухого воздуха, необходимого для элек­тросинтеза, составляет
(2.6);

м3
Следовательно, количество стеклянных диэлектрических трубок в одном озонаторе должно быть

птр=Qв/qв (2.7);

птр =275/0,5=550 шт.
Стеклянные трубки длиной по 1,6 м размещены концентрично в 275 стальных трубках, проходящих через весь цилиндрический корпус озонатора с обоих его концов. Тогда длина корпуса озона­тора будет l=3,6 м.
Производительность каждой трубки по озону
(2.8);

q =5500/550=10 г/ч
Энергетический выход озона

(2.9);

кг/кВт*ч

Суммарная площадь поперечных сечений 275 трубок d1 =0,092 м составляет fтр=275∙0,785∙0,0922=1,83 м2.
Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озона­тора должна быть больше на 35%, т. е.

Fк=l,35 fтр (2.10);

Fк =l,35∙1,83=2,47м2.

 

 


Отсюда внутренний диаметр корпуса озонатора будет

(2.11);

м

Необходимо иметь в виду, что 85—90% электроэнергии, потреб­ляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение. В связи с этим надо обеспечить охлаждение электродов озонатора. Расход воды для охлаждения составляет 35 л/ч на одну трубку или суммарно
Qохл=550∙35=19250 л/ч, или 5,35 л/сек.
Средняя скорость движения охлаждающей воды составит
(2.12);



м/ч, или 8,3 мм/сек
Температура охлаждающей воды t=10 С.
Для электросинтеза озона нужно подавать 275 м3сухого воз­духа на один озонатор принятой производительности. Кроме того, надо учесть расход воздуха на регенерацию адсорберов, составля­ющий 360 м3для серийно выпускаемой установки АГ-50.
Общий расход охлаждаемого воздуха
Vо.в=2∙275+360=910 м3/ч, или 15,2 м3/мин.
Для подачи воздуха принимаем водокольцевые воздуходувки ВК-12 производительностью 10 м3/мин. Тогда необходимо устано­вить

15,2/10=1,52 т.е. 2 рабочие воздуходувки и одну резервную с электродвигателями А-82-6 мощностью 40 кВт каждая.
На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанав­ливают висциновый фильтр производительностью до 50 м3/мин, что удовлетворяет расчетным условиям.

 

Первая ступень осушки воздухаосуществляется при помощи фреонового холодильного агрегата. Атмосферный воздух охлаж­дается с 26 до 6°С вследствие испарения фреона-12 (при темпера­туре -15°С).
Количество холода, необходимого для охлаждения воздуха,

(2.13);
где Vо.в — количество охлаждаемого воздуха в м3/ч;
c —теплоемкость воды, равная 0,241 ккал/кг∙град;

t —перепад температуры, принимаемый обычно 20°;
вес 1 м3воздуха, равный 1,293 кг.
Следовательно, в данном случае
Qо.в = 910∙1,293∙0,241(26-6)=5670 ккал/ч.
Объем воздуха V в общем виде вычисляют по формуле

(2.14);
Тогда при рабочих параметрах воздуха, поступающего в тепло­обменник с t1=26°С и Pраб=2 ат и выходящего из него с t2=C и Pраб=2 ат, по формуле (4.14):
м3
м3
Количество влаги в воздухе q в общем виде определяют по формуле
q=aV, (2.15);
где а— влагосодержание в воздухе при данной температуре
При t1=26°С величина а1=0,02686 кг/м3, а при t2=6°С а2=0,007474 кг/м3. Тогда
q1=0,02686∙514,8=13,8 кг/ч;
q2=0,007474∙480,2=3,6 кг/ч.
Количество влаги, выделяющейся ваппарате холодильной ус­тановки, qап=q1q2 (2.16);

qап =13,8–3,6=10,2 кг/ч.

Количество холода, необходимого для охлаждения паров вла­ги в аппарате, считая от средней температуры

tср=(26+6)/2=16°С до конечной i2=6°С, составит

qо.вл=10,2∙1(16-6)=102 кКал/ч.
Количество холода для конденсации влаги, задержанной в хо­лодильнике: qконд=qапLк (2.17);

qконд =10,2∙595=6069 ккал/ч (где Lк=595 ккал/ч — теплота конденсации водяных паров).
Общее количество холода для всех операций с учетом 15% на потери: Qхол=1,15(Qо.в+qо.вл+qкон)

Qхол =1,15(5670+102+6069)=13620 Ккал/ч.
Принимаем к установке фреоновые холодильные агрегаты мар­ки АК-ФВ-30/15 холодопроизводительностыо 7000 кКал/ч (при тем­пературе испарения фреона — 15°С) при мощности электродвига­теля 4,5 кВт и n=480 об/мин.
Количество таких агрегатов должно быть

n=13620/7000=2 шт.

Принимаем два рабочих и один резервный агрегат той же марки.
Вторая ступень осушки воздуха — адсорбирующая установка.
После охлаждения и осушки во фреоновом холодильнике воз­дух поступает на окончательную досушку в адсорберы автомати­ческого действия марки АГ-50.
Количество осушаемого воздуха для двух рабочих озонато­ров составляет Qо.в=2∙275=550 м3/ч.
Продолжительность рабочего цикла адсорбции принимаем 10ч.
Вес адсорбента рад при равной высоте двух слоев загрузки — алюмогелем и силикагелем — должен быть:
(2.18);
где k — коэффициент для учета материала загрузки адсорбера;
q3 — количество влаги на выходе из адсорбера, при t3= –50°С равное 0,05г/м3
s — влагопоглощаемость адсорбента в % к его весу.
Тогда вес алюмогеля рали силикагеля pсил будет: кг

кг
Суммарный вес загрузки составит pад=420+301=721 кг. При указанном выше насыпном весе адсорбера и при высоте каждого слоя h=400 мм в одну башню АГ-50 можно загрузить: алюмогеля (нижний слой)

кг
силикагеля (верхний слой)

кг
Суммарная загрузка башни

pб=267+188=455 кг.
Следовательно, для досушки воздуха нужно иметь установок АГ-50 в количестве

n=pад/pб (2.19);

n =721/455=2 шт. (две рабочих и одну резервную).
Расчет контактной камеры для смешения озоно-воздушной сме­си с водой. Необходимая площадь поперечного сечения контактной камеры в плане
(2.20);
где Qчac — расход озонируемой воды в м3/ч;
Т - продолжительность контакта озона с водой;

принима­ется в пределах 5-10мин;
п — количество контактных камер;
Н — глубина слоя воды в контактной камере в м;

прини­мается обычно 4,5-5 м.
При Qчac=2020 м3/ч, T=0,1 ч, n=2 и H=5 м
м2


Для равномерного распыления озонированного воздуха у дна контактной камеры размещают перфорированные трубы (рис. 4.1).

Принимаем керамические пористые трубы.
Каркасом служит труба из нержавеющей стали (наружный диа­метр 57 мм) с отверстиями диаметром 4—6 мм (рис. 4.2). На нее надевается фильтросная труба — керамический блок длиной l=500 мм, внутренним диаметром 64 мм и наружным 92 мм. Активная поверхность блока, т. е. площадь всех пор размером по 100 мк на керамической трубе, занимает 25% внутренней по­верхности трубы, тогда

(2.21)

м2
При вводе озона в контакт с водой способом барботажа коли­чество подаваемого воздуха не находится в жесткой зависимости от количества обрабатываемой воды. Это позволяет регулировать подачу воздуха. Производительность воздуходувок обычно подби­рают так, чтобы, включая в действие одну, две или три воздуходув­ки, можно было изменять отношение объема газо­вой смеси к объему обра­батываемой воды.
Величины этого отно­шения а обычно принима­ют равными 0,27; 0,5 или 1. В данном случае

а=Qо.в/Qчac (2.22);

а=550/2020=0,27
Тогда количество озо­нированного воздуха, по­даваемого по распредели­тельным трубам, соста­вит

qоз.в=2020∙0,27=550 м3/ч, или 9,17 м3/мин, или 0,158 м /сек.

 

(Рис 4.1) Размещение перфорированных труб у дна контактной камеры
1 — коллекторы; 2 — перфорированные трубы

Площадь поперечного се­чения магистральной (кар­кас­ной) распределительной тру­бы внутрен­ним диамет­ром d=49 мм равна: fтp=0,00188 м2=18,8 см2.
Принимаем в каждой контактной (камере по четыре магистральных

распределительных трубы, уложенных на взаимных расстояниях (между осями) по 0,9 м. Каждая труба со­стоит из восьми керамических блоков. При таком размещении труб принимаем размеры контактной камеры в плане 3,7X5,4 м.

 
 


 

(Рис. 4.2) Детали фильтросных труб
1 — каркас-труба из нержавеющей стали; 2 — отверстия d =4 6 мм; 3 — фильтросная труба (керамический блок); 4 — прижимное устройство; 5 — привар­ной фланец; 6 — прокладки; 7 — резьба

 

 

Расход озонированного воздуха, приходящегося на живое сече­ние каждой из четырех труб в двух камерах, будет
(2.23);
а скорость движения воздуха в трубопроводе равна
=qтp/fтр (2.24);

=0,02/0,00188=10,7 м/сек
(рекомендуемая скорость 10—15 м/сек).
Суммарная активная площадь пор всех керамических труб, уло­женных в одной камере,

fп=mfп (2.25);

 

fп =4∙8∙0,0251=0,8 м2 (где 4 — количество магистралей; 8 — количество керамических труб).
Расход озонированного воздуха, поступающего в воду через по­ристую поверхность всех труб одной камеры:

 

(2.26);

Общее давление, которое должно быть на входе в распредели­тельную систему озоно-воздушной смеси, определяется по формуле Ю. Б. Багоцкого
м.вод.ст. (2.27);

где Hгидр — гидростатическое давление в м вод. ст. (равное высоте слоя воды в камере);
в — плотность воздуха

(2.28);

K =S*So/A — конструктивное отношение (рекомендуется прини­мать равным примерно 0,5);

 

 

o — площадь одного отверстия на каркасной трубе в м2;
S — площадь сечения распределительной каркасной грубы в м2;
А — коэффициент, зависящий от условного диаметра пор на керамической трубе d=100 мк и равный
условного диаметра пор на керамической трубе d=100 мк и равный
(2.29);

0,3 — избыточное давление.
В данном примере при диаметре одного отверстия 0,005 м So=0,0000196 м2, при 50 отверстиях на 1 пог. м; So=0,00096 м2, а fтр=0,00188 м2. Следовательно, K =0,00096/0,00188=0,52.
Таким образом

м.вод.ст


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2020 год. (0.045 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал