754

Расчет аппаратов для очистки промышленных газов

Практическая работа

Производство и промышленные технологии

Принцип очистки газов под действием инерционных сил заложен в конструкции отстойного газохода. Инерционные пылеуловители характеризуются простотой устройства и компактностью. Расчет эффективности очистки циклонного аппарата.

Русский

2013-01-06

619.5 KB

284 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра  инженерных  проблем  экологии

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКое  Задание

по дисциплине

«ПРОМЫШЛЕННАЯ  ЭКОЛОГИЯ»

Тема: Расчет аппаратов для очистки промышленных газов

Вариант № 4.

Выполнила: Вингольц  К.А.                                                    Проверил преподаватель:   

Группа: МБ - 81                                                                       Гусев  К.П.               

Факультет: Л А                                      

Дата:                                                                                          Дата:

Подпись:                                                                                   Подпись:

г. Новосибирск 2012 г.

Содержание

1 Общие сведения 3

Расчет эффективности очистки циклонного аппарата 7

2 Практическая часть. 9

          Задача 1 9

          Задача 2 10

          Задача 3 11

3 Выводы 15

1 Общие сведения

Очистка газов под давлением инерционных сил:

Принцип очистки газов под действием инерционных сил заложен в конструкции отстойного газохода, очистка под действием центробежных сил осуществляется в циклонах.

Отстойный газоход с отбойными перегородками (рис. 1) предназначен для разделения крупнодисперсной пыли. Перегородки служат для завихрения газового потока. Возникающие при этом инерционные силы способствуют интенсивному осаждению взвешенных твердых частиц. Осевшая пыль выгружается из сборников 2 по мере накопления с помощью шиберов. Такие отстойники часто выполняют в системе газоходов.

Инерционные пылеуловители характеризуются простотой устройства и компактностью. Степень очистки в них выше, чем в пылеосадительных камерах, и составляет примерно 60%. В инерционных пылеуловителях улавливаются частицы размером более 25 мкм.

Циклоны позволяют разделить пыли в поле центробежных сил. Циклоны выпускают с корпусом диаметром от 100 до 1000 мм. Эффективность их работы характеризуется фактором разделения. Степень очистки газов зависит от конструкции циклона, размера частиц и их плотности. Например, если КПД циклона при улавливании частиц диаметром 25 мкм составляет 95 %, то при диаметре частиц 10 мкм КПД снижается до 70 %. Степень очистки газов от пыли часто определяют по нормалям и номограммам, составленным на основании экспериментальных данных. Циклон, представленный на рис. 2 обладает небольшим гидравлическим сопротивлением и позволяет достигать относительно высокой степени очистки. Наиболее предпочтительным по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали, однако по

Рисунок 2-Циклон конструкции НИИОГаза 

практическим данным, все способы подвода могут применяться с равной эффективностью.

Сущность циклонного процесса заключается в следующем: газовый поток со взвешенными частицами вводится в аппарат через входную трубу со скоростью 10. . .40 м/с. Благодаря тангенциальному вводу и наличию  центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг последней, совершая несколько витков при прохождении через аппарат. Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса, а затем соскальзывают на коническое днище и удаляются из циклона через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выводную трубу.

Точный расчет циклонов достаточно сложен, поэтому их рассчитывают упрощенно по величине гидравлического сопротивления Р.

Фиктивная скорость газа (в м/с) в цилиндрической части циклона может быть определена по формуле:

                                                   (1)

где р/г – фактор разделения; ц – коэффициент гидравлического сопротивления.

Для циклонов, показанных на рис. 2, отношение Р/г составляет 500…750 м22.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления ц, отнесенного к vф, принимают по опытным данным.

Диаметр цилиндрической части циклона (в м) определяют по заданной производительности:

                                                      (2)

V – Объемный расход запыленного газа, м3

Определив диаметр цилиндрической части циклона Dц, находят все остальные его размеры. На рисунке 2 показаны размеры циклона в зависимости от диаметра его цилиндрической части.

Особенность циклона конструкции, представленной на рисунке 2 - наклонный патрубок для поступающего газа. От угла наклона патрубка зависит степень очистки газа:

  •  циклон с углом 24 (ЦН-24) обеспечивает большую производительность при малом гидравлическом сопротивлении и предназначается для улавливания крупных частиц. Коэффициент гидравлического сопротивления ц = 60;
  •  циклон с углом 15 (ЦН-15) обеспечивает хорошую степень очистки при сравнительно невысоком гидравлическом сопротивлении ц = 160;

-           циклон с углом 11 (ЦН-11) обеспечивает высокую степень очистки ц = 250;

Удаление пыли из газов в циклоне протекает в две стадии. На первой стадии частицы переносятся в зону осаждения. Этот процесс осуществляется за счет центробежной силы. Вторая стадия заключается в отделении частиц. Она начинается тогда, когда концентрация частиц в газовом потоке превышает предельную нагрузку, т.е. количество пыли, которое в состоянии переносить газовый поток в данных условиях с учётов влияния стенок.

Принципиально циклон работает по следующей схеме (смотреть рисунок 2). Газы, направляющиеся в аппарат, поступают в цилиндрическую часть циклона, приобретают движение по спирали с увеличивающейся скоростью от периферии к центру внутрь, спускаются по наружной спирали, затем поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу. Обычно в циклонах центробежное  ускорение в несколько сот, а то и тысячу больше ускорения силы тяжести. Поэтому, даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за линиями тока газов и под влиянием центробежной силы выносятся из кривой движения газов по направлению к стенке.

В цилиндрической камере циклона статическое давление, как и в каждом искривленном течении, сильно падает в направлении от периферии к центру. В основном потоке направленные во внутреннюю сторону сжимающие усилия приходят в равновесное состояние с центробежными силами газов. Более медленно текущий у стенки циклона пограничный слой испытывает соответственно меньшие центробежные силы.

Однако у конической стенки циклона и у его крышки перепад начинает сказываться. Сжимающее поток усилие становится значительно больше центробежной силы, и он в виде сильного вторичного вихря направляется внутрь, захватывая с собой много частиц пыли. Но так как затем поток еще несколько раз по пути вниз обернется вокруг выхлопной трубы, частицы могут быть  вновь отброшены к стенке аппарата.

Вторичный поток, искривленный вдоль конической стенки, захватывает отброшенную к стенке пыль и направляет ее вниз к пылеосадительной камере (бункеру). Без этого потока отдельные частицы, находящиеся у стенки, не могли бы попасть вниз, поскольку направленная  вверх составляющая центробежной силы является большей по сравнению с силой тяжести. О большом влиянии вторичного потока свидетельствует тот факт, что пыль выносится из лежащих и даже перевернутых циклонов.

В пылеосадительной камере (вследствие сужения в месте соединения) газовый поток циркулирует слабее, чем в цилиндрической камере. Однако и в этом случае на оси вихрь имеет пониженное давление. Часть вторичного потока цилиндрической камеры в пылеосадительной камере перемещается вниз и вновь возвращается в ядро вихря. Благодаря этому уже отсепарированная пыль может быть вновь захвачена и вынесена в район оси вихря.

Газовый поток, перемещающийся по трубе, имеет ограниченную несущую способность (так называемую загруженность) по пыли. Это еще в большей степени относится к циклонам, потому что вместо силы тяжести здесь сказывается во много раз большая центробежная сила.

Обычно теоретические исследования очистки газов в циклонах приводят к получению формулы, характеризующей критический (минимальный) диаметр частиц dкр (в м), полностью улавливаемых аппаратом.

     (3)

где г – коэффициент динамической вязкости газов, Пас

Vг - объемный расход газов, м3 / с

- скорость газов на входе в циклон, м/с

г - плотность газов, кг/м3

т - плотность частиц пыли, кг/м3

Dтр – диаметр выхлопной трубы, м; (0,58 D)

Dц – диаметр цилиндрической части циклона, м (или просто D)

Dв - диаметр выходного сечения конической части, м;  (0,35 D)

Н – высота цилиндрической + конической частей аппарата, м ; (2D  + Нц)

Нц - высота цилиндрической части, м;  (0,825 + 0,775 + 0,66) D

hтр - высота заглубления выхлопной трубы , м; (0,775 + 0,66) D

Расчет эффективности очистки (в %) в циклонах ведется на основании дисперсного (фракционного) состава пыли на входе в циклон по формуле:

                         (4)

где фр1, фр2, . . фр n  - коэффициенты парциальной эффективности очистки в данном циклоне (средние для определенной фракции), доли единицы;

Ф1, Ф2, . . . , Фn – содержание частиц данной фракции в пыли на входе в циклон, вес. %.

Расчет эффективности очистки циклонного аппарата

Эффективность очистки циклонного аппарата рассчитывается по формуле:

                                       (5)

где С – является функцией только геометрических параметров циклона.

(6)

Здесь                                                                          (7)

                          (8)

В формуле (8) значение l представляет собой наибольшее удаление вихря в нижнюю часть циклона по отношению к выхлопной трубе, а  - диаметр конической части циклона в этой точке (в м).

Величина в уравнении (5) есть не что иное, как модифицированный инерционный параметр, характеризующий состояние пылегазовой смеси:

                                                  (9)

Значение n может быть найдено  по формуле:

                              (10)

где Тг – абсолютная температура газов, К.

2 Практическая часть.

Задача 1. Расчет  пылеосадительной (гравитационной) камеры.

Рассчитать площадь отстаивания, определить минимальный размер частиц, которые будут полностью осаждены в камере; фракционную эффективность.

Исходные данные:

Вариант

Наименьший размер частиц

d, мкм

Массовый расход воздуха

Gг , кг/ч

Вязкость газа

μ∙103, Па∙с

Плотность газа

ρг , кг/м3

Плотность частиц пыли

ρч , кг/м3

4

180

2045

0,027

0,75

820

Расчет:

1.1. Определяем критерий Архимеда:

Ar = g d3чг /  2            

Ar==48,265

1.2. Определяем критерий Рейнольдса:

Re = 0,152*Ar0,715

Re=0,152*48,2650,715=2,43

1.3. Вычисляем скорость отстаивания:

V0 = Re ∙µг / (d ∙ ρг)

V0==0,486

       1.4 Вычисляем скорость стесненного отстаивания:

          V0 ʹ= 0,5∙ V0                                  

             V0 ʹ=0.5*0,486=0.243

                    1.5 Находим требуемую площадь отстаивания :

      Fо = Gг / (гV0 ʹ)    

     Fо=  =   3,117 м2

1.6 Определяем минимальный размер частиц, которые будут полностью осаждены в камере.

         V – Объем камеры, м3;

Vг – объемный расход газов, м3/с;

L – Длина камеры, м;

Bк - ширина камеры, м;

        Н – высота камеры, м.

Vг = (Gг / 3600 ∙ ρг) ==0,757 м3/с;

Задача 2 : Расчет инерционного пылеуловителя.

Рассчитать  эффективность очистки газового потока инерционным пылеуловителем с отражательными стержнями.

Исходные данные:

Вариант

Количество

стержней

Ширина

стержней, мм

Длина стержней,

мм

Радиус кривизны

коллекторов, м

4

58

133

1137

0,22

Эффективность очистки газов в таком пылеуловителе рассчитывается по формуле:                                                            

η=1-exp[-()*]

η=1-exp[-()*0,248]=0,887 (88,7%)

где Sc – полная поверхность стержней, перпендикулярная газовому потоку, м2;

ωчр – радиальная скорость частиц пыли, м/с;

=

==0,248 (м/с)

=b*l*n

=0,133*1.137*58=8.77 м2

Задача 3: Расчет центробежных пылеуловителей (циклонов).

Задача 3.1.: Рассчитать  циклон  для выделения частиц сухого молока из воздуха, выходящего из распылительной сушилки, по исходным данным.

Исходные данные:

Вариант

Наименьший размер частиц

d, мкм

Массовый расход воз- духа

, кг/ч

Температура

t, oC

P/г

Коэффициент

сопротивления

цилиндрической части,

ζц

Скорость

газов на входе

в циклон,

v’г, м/с

4

11,5

2045

68,5

740

250

10,5

Расчет:

Для улавливания частиц сухого молока размером 20 мкм выберем циклон типа ЦН-11.

3.1.1. Рассчитаем фиктивную скорость газа в цилиндрической части циклона по формуле:

=, (м/с)

=740=2,433 (м/с)

3.1.2. Вычислим плотность воздуха при заданной температуре t =68,5◦С:

⍴г = 1,293[273/(273 + t)], (кг/м3)

⍴г = 1,293[273/(273 + 68,5)]=1,034 (кг/м3)

3.1.3. Определим гидравлическое сопротивление циклона:

p = ζц*()/2, (Па)

p = 250*()/2=764,896 (Па)

3.1.4. Определим диаметр циклона по формуле :

 ; V – объемный расход запыленного газа, м3

V = (Gг / 3600 ∙ ρг )

V =(2045/3600*1.034)=0.549

==0,536 (м)

Задача 3.2. Расчет критического диаметра частиц пыли с учетом данных таблицы 1 (μг, ρч),3 ( vг) и решения задачи 3.1.

3.2.1. Переводим массовый расход воздуха (кг/ч) в объемный 3 / с)  :

= (/ 3600 ∙ ρг)

=(2045/3600*0.75*1,034)=0.549 3 / с)  

3.2.2. Вычислим критический диаметр частиц пыли по формуле :

dкр=*[=

=2,161*10-4м=216,1 мкм

Dтр – диаметр выхлопной трубы, м; (0,58 D)=0,31

Dц – диаметр цилиндрической части циклона, м (или просто D)=0,536

Dв - диаметр выходного сечения конической части, м;  (0,35 D)=0,187

Н – высота цилиндрической + конической частей аппарата, м ; (2D  + Нц)=2,283

Нц - высота цилиндрической части, м;  (0,825 + 0,775 + 0,66) D=1,211

hтр  - высота заглубления выхлопной трубы , м; (0,775 + 0,66) D=0,769

Задача 3.3:Расчет эффективности очистки циклонного аппарата на основе данных и решения задач 3.1-3.2.

3.3.1. По формуле  рассчитываем значение величины n:

n=1-(1-0.0165*Dц0.14)*()0,3

n=1-(1-0.0165*0.5360.14)*()= -0.042

3.3.2. По формуле  вычисляем модифицированный инерционный параметр ψ:

3.3.3. Вычисляем параметр С, учитывая, что h1 = 0,6 *Dц=0,321 – высота входного газохода и b = 0,3 *Dц=0,160 – ширина входного газохода.

С={2*(1-()2)*(-)+*()(1++()2)+-()2*-}

С=*{2*(1-*()+*()*(1+0,5+0,25)+-*-=42.456 м3

3.3.4. Определяем эффективность очистки циклонного аппарата в долях единицы и в процентах:

В процентах 55,6%.

3 Выводы: При расчете пылеосадительной камеры мы определили: площадь отстаивания F0=3,117 м2, минимальный размер частиц, которые будут полностью осаждены в камере dmin=121,2 (мкм).

При решении второй задачи был произведен расчет эффективности очистки газов. В данном  пылеуловителе  η=0,887(88,7%).

Были рассчитаны параметры циклона  для выделения частиц сухого молока из воздуха, выходящего из распылительной сушилки. Гидравлическое сопротивление  данного циклона  ∆p=764,896 (Па); его диаметр  0,536 (м); критический диаметр частиц пыли.

Циклон (рисунок 2) обладает небольшим гидравлическим сопротивлением и позволяет достигать относительно высокой степени очистки. Расчетная  эффективность очистки  η=55,6%


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38827. Особенности нервной системы подростков, занимающихся спортивными единоборствами (на примере самбо и кикбоксинга) 273 KB
  2 Особенности нервной системы детей школьного возраста 1.3 Изменения свойств нервной системы у детей и подростков под влиянием различных факторов 1.4 Влияние свойств нервной системы на двигательные способности человека 1.
38829. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КУРСОВЫХ И ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ 271.5 KB
  Выпускная квалификационная работа (ВКР) и курсовая работа являются самостоятельной творческой работой студента, и выполняются на основе знаний, умений и навыков, полученных при освоении целого ряда фундаментальных, профессиональных и специальных дисциплин.
38830. Методическое пособие по написанию и оформлению выпускной квалификационной работы 501 KB
  62 – Земельный кадастр Квалификация степень выпускника бакалавринженер Краснодар 2013 Рецензент: Декан инженерноземлеустроительного факультета и факультета земельного кадастра профессор к. Гаврюхов Рекомендованы к изданию учебно – методической комиссией инженерно – землеустроительного факультета и факультета земельного кадастра протокол № 7 от 23 апреля 2013 г. Методическое пособие рекомендовано студентам бакалаврам очной и заочной форм обучения инженерноземлеустроительного факультета и факультета земельного кадастра...
38831. Методические рекомендации по выполнению выпускной квалификационной (дипломной) работы 151.5 KB
  Для оказания помощи студенту в подготовке выпускной квалификационной дипломной работы назначается научный руководитель. Права и обязанности сторон в процессе подготовки выпускной квалификационной дипломной работы регламентируются нормативными актами высшей школы образовательными стандартами учебными планами и требованиями ИЭ и ВЭС ЮФУ. Выпускник обязан: в соответствии с учебным планом и требованиями ИЭ и ВЭС ЮФУ выбрать научного руководителя и тему выпускной квалификационной дипломной работы; в полном объеме и своевременно...
38833. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 159 KB
  Подготовка и защита дипломного проекта являются завершающим этапом обучения студентов. Выпускная квалификационная работа должна отражать реальный профессиональный уровень документоведа по специальности «Документоведение и документационное обеспечение управления»
38834. Розроблення, оформлення та захист дипломних проектів 3.81 MB
  Мета та завдання дипломного проектування. Тематика дипломного проектування. Порядок проведення та контролю дипломного проектування. Обов’язки керівника дипломного проекту.