Расчет аппаратуры для защиты атмосферы от промышленных загрязнений

 

Различные производственные процессы могут загрязнять атмосфер­ный воздух взвешенными твердыми или жидкими частицами, которые де­лятся на пыль, дым и туман. На Рис. 1 приведены некоторые виды взвешенных частиц в диапазоне размеров от 1 до 1000 мкм. Для улавлива­ния взвешенных частиц применяется различная аппаратура, в составе которой значительное место занимают циклонные аппараты, являющиеся наиболее распространенной аппаратурой для сухого механического пы­леулавливания. Данное практическое занятие включает в себя расчет и оценку эффективности различных типов циклонных аппаратов. На Рис. 2а и 2б приведены схемы циклонов с обозначением основных кон­структивных параметров, значения которых в долях внутреннего диа­метра D для различных типов циклонов приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены некоторые технологические параметры циклонов.

Вида некоторых взвешенных частиц и аппаратура для их улавливания

 

D – внутренний диаметр циклона; d – внутренний диаметр выхлопной трубы;

H – высота циклона; d₁ – внутренний диаметр пылевыпускного отверстия;

H_T – высота выхлопной трубы; a – высота входного патрубка;

Н_Ц – высота цилиндрической части; h_в – высота внешней части выхлопной трубы;

Н_К – высота конуса циклона; a - угол наклона крышки и входного патрубка циклона.

Рис. 2.

Таблица 1

Геометрические размеры циклонов, приведенные в долях внутреннего диаметра D

№ п/п	Конструктивный параметр	Типы циклонов
Цилиндрические циклоны	Конические циклоны
ЦН-15	ЦН-15У	ЦН-24	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
	a, град					-	-	-
	HТ	1.74	1.5	2.11	1.56	0.535	0.515	0.4
	НЦ	2.26	1.51	2.11	2.06	0.535	0.515	0.4
	НК	2.0	1.5	1.75	2.0	0.3	2.11	2.6
	d	0.59	0.59	0.59	0.59	0.334	0.34	0.22
	d1	0.35	0.35	0.35	0.35	0.334	0.229	0.18
	a	0.66	0.66	1.11	0.48	0.535	0.25	0.4
	hВ	0.3	0.3	0.4	0.3	0.25	0.515	0.3

Таблица 2

Значения оптимальной скорости и дисперсный состав пыли,

улавливаемой циклонный

Наименование параметра	Типы циклонов
Цилиндрические циклоны	Конические циклоны
ЦН-15	ЦН-15У	ЦН-24	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
Оптимальная скорость, Wопт, м/с	3.5	3.5	4.5	3.5	2.0	1.7	2.0
Дисперсный состав пыли, lg s	0.283	0.352	0.308	0.352	0.364	0.308	0.340
dT50, мкм	6.0	4.5	8.5	3.65	2.31	1.95	1.13

 

Данные варианта:

№№ варианта	Вид пыли	Дисперсный состав пыли	Кол-во очищаемого газа, Q, м3/с	Плотность частиц	m вязкость газа m*10-6, Н*с/м2	Оптимальная скорость, Wопт, м/с	dT50, мкм	Дисперсный состав пыли, lg s
Lg sm	dm, мкм	r, кг/м3
1.	Металлургические пыли	0,4					3,5	4,5	0.352

Примечание: дисперсный состав пыли приведен для следующих условий работы: D_т = 0.6 м; r = 1930 кг/м³; m = 22.2×10^-6 Н×с/м²; W = 3.5 м/с

Для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000.

 

Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли, золы и т.п. Наиболее эффективно циклоны работают при размерах частиц пыли более 20 мкм. Конические циклоны предназначены для очистки газовых и воздушных сред от сажистых частиц. Производительность цик­лона увеличивается с ростом его диаметра. Для расчета циклона необхо­димо выбрать тип циклона в зависимости от вида взвешенных частиц и их размера (Рис. 1). Задавшись типом циклона, определяют оптимальную скорость W_опт (Табл.2).

Выбираем циклон ЦН-15У: W_опт=3,5; lg s=0,352; d^T₅₀=4,5; a=15; H_Т=1.5; Н_Ц=1.51; Н_К=1.5; d=0.59; d₁=0.35; a=0.66; h_В=0.3.

Диаметр циклона определяют по формуле:

, (1)

где D - диаметр циклона, м;

Q - производительность циклона, м³/с;

W_опт - оптимальная скорость, м/с.

 

D =КОРЕНЬ(4*3/(3,14*3,5)) = 1,044941 м.

 

В соответствии с типом циклона по его диаметру определяют гео­метрические размеры циклона (табл.1).

Полученное значение диаметра округляют до ближайшего типового значения в соответствии с рядом и все расчеты геометрических разме­ров ведут по типовому значению D. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально-допустимое значение, то необходимо приме­нять два или более параллельно установленных циклона.

Типовой размер диаметра D=1 м.

По выбранному диаметру циклона определяют действительную скорость газа в циклоне по формуле:

 

, (2)

 

где W – действительная скорость газа, м/с;

n - число циклонов.

 

W=4*3/(3,14*1*1)= 3,82 м/с.

 

Действительная скорость не должна отличаться от оптимальной более чем на 15%.

Отличие составляет 8.4%.

Для проведения оценки эффективности очистки газов в. циклоне сначала необходимо рассчитать диаметр частиц по формуле:

 

, (3)

 

где d₅₀ - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%, мкм;

d^Т₅₀ - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50% для типового циклона (см. табл. 2), мкм;

D - диаметр циклона, м;

D^Т - диаметр типового циклона (D = 0.6 м);

r - плотность частиц, кг/м³;

r^Т - плотность частиц для типового циклона (r = 1930 кг/м³).

m - вязкость газа, Н×с/м²;

m^T - вязкость газа для типового циклона (m^Т = 22.2×10^-6 Н×с/м²);

W - действительная скорость газа, м/с;

W^T - действительная скорость газа в типовом циклоне (W^T = 3.5 м/с).

С учетом значений для типового циклона с характерными условиями, использованными для составления табл.2, расчетная формула (3) принимает вид:

 

 

, (4)

d₅₀==4,5 *КОРЕНЬ((1/0,6)*(1930/1960)*(21*10^-6 1/22,6*10^-6)*(3,5*3,657294))= 20,3237 мкм.

 

Далее определяется параметр x по следующей формуле:

, (5)

где d_m и lg s_m - дисперсный состав пыли (задан по варианту);

lg s - дисперсный состав пыли для данного типа циклона (см. табл. 2).

 

х=lg(40/20,3237)/(КОРЕНЬ(0.352*0,4))= 0,783665164

 

По значению параметра x определяют значение нормальной функции распределения Ф(x) (рис. 3).

Эффективность очистки газов в циклоне оценивается по следующей формуле:

 

h = 0.5×[1+Ф(x)], (6)

 

где h - эффективности очистки;

Ф(x) - значение нормальной функции распределения параметра x.

h = 0.5×[1+0,75]= 0,875

 

Список использованных источников:

 

1. Белов В. Г., Елманов В. И., Емец В. Н., Савкин В. П. Защите, атмосферы от промышленных загрязнений. Часть I. - Методические указа­ния по выполнению раздела "Охрана природа" в дипломных работах, М., 1986 г.

2. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под общей ред. А. А. Ру­санова, М., "Энергия", 1975 г.

3. Справочник. Средства, защиты в машиностроении. Под общей ред. С. В. Белова, М., "Машиностроение", 1989 г.

 

Рис. 3.