Расчетно-аналитический выбор пылегазоочистной установки

С_{вых п.} = (4,68*10³)/1,79 = 2614,53 (мг/м^{3  )};

С_выхг.к. = (0,382*10³)/1,79 = 213,41  (мг/м³);

 

Эффективность очистки должна достигаться:

 

                                                              η_i = 1 – С_вых/ С_вх      (1.10);

η_к.г.  = 1 – 213,41/17800 = 0,98

η_пыли=1-2614,53/9620=0,73

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ  АППАРАТА

2.1 Расчет  осадительной камеры

         Осадительные камеры представляют собой простейшие аппараты для улавливания пыли. Их изготовляют в виде полых камер круглого или прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Частицы в камерах осаждаются под действием гравитационных сил. Преимуществом таких аппаратов является простота изготовления, небольшое гидравлическое сопротивление и доступность применяемых материалов, что позволяет изготовлять их на неспециализированных предприятиях. К недостаткам следует отнести низкую эффективность пылеулавливания (40 –50%), особенно при улавливании мелкодисперсной пыли (< 20 мкм). Поэтому их зачастую используют как первую ступень очистки. Для увеличения эффективности работы устанавливают вертикальные перегородки, служащие для изменения направления движения газового потока. В таких аппаратах наряду с действием сил тяжести действуют и инерционные силы, под действием которых твердые частицы наталкиваются на препятствия и выпадают из потока. Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать 1–1,5 м/с, в противном случае осевшие частицы могут подхватываться потоком и уноситься из аппарата.

По дисперсному и фракционному составу пыли учитываем, что диаметр частиц, который может осаждаться в камере 55 мкм.

2.1.1. Определяем величину критерия Архимеда:

 

                                                

,                           (2.1)

 

.

 

 

2.1.2. По величине определяется область, в которой происходит осаждение, и вычисляем число Рейнольдса по формуле:

 

 При                                                                                                            _(2.2)

 

Так как  , то критерий составит:

 

 

2.1.3. Вычисляем теоретическую скорость осаждения шарообразной частицы по формуле:

 

При

                            ,                                        (2.3)

 

(м/с)

 

Проверка скорости выполняется по формуле:

 

(м/с)

2.1.4. Для не шарообразных частиц фактическая скорость осаждения меньше и определяется по формуле:

(м/с);

 

где - поправочный коэффициент формы. Опытным путем установлено, что:

для круглой формы 

для угловатых частиц

для продолговатых частиц 

для пластинчатых частиц .

При неравномерном распределении:

 

                                 

;                           (2.4)

0,87*0,4+0,77*0,1+0,68*0,3+0,58*0,2 = 0,745

 

2.1.5. Уточняем фактическую скорость осаждения частиц:

 

                                              

                                                            (2.5)

  (м/с);

 

2.1.6. Скорость газа в осадительной камере не должна превышать =1,2 м/с, в противном случае осевшие частицы могут подхватываться потоком и уноситься из аппарата. Оптимальная скорость газа в осадительной камере выбирается в пределах м/с. Принимаем =0,85 м/с.  

2.1.7. Рассчитываем площадь сечения осадительной камеры по формуле:

 

                                                     

                                                                 (2.6)

    (м²).

 

2.1.8.Осадительная камера, как правило, выполняется прямоугольного сечения, длины сторон которого располагаются в горизонтальной плоскости. Находим высоту по формуле:

                                                   

                                                         (2.7)

(м).

 

Схема осадительной камеры представлена на рисунке 2.1, а  основные ее размеры рассчитываются по формулам (2.8) – (2.10), угол α = 15⁰.

А  - А       В - В

 

 

 

Рисунок 2.1 –  Схема осадительной камеры с перегородкой

(м)        (2.8);

(м)                  (2.9);

 

2.1.9. Выполняем расчет периметра (П) для осадительной камеры с движением пылегазового потока с огибанием поперечных перегородок, который определяется по формуле:

                                          П=

                                                    (2.10)

П=

(м)

2.1.10. Определяем параметр проскока частиц:

 

                                                         

                                                                   (2.11)

.

 

Определяется  фракционная эффективность очистки  пылеосадительной камеры:

 

                                                       

                                                                 (2.12)

2.1.11. После выбора и расчета геометрических характеристик камеры производим расчет потерь давления в ней. Для этого определяем скорость пылегазовоздушной смеси в сечениях А-А и В-В:

                                                      

,                                                                    (2.13)

где S_i– площадь сечений А-А и В-В, равная:

 

;

;

 

где - диаметр входной трубы, равный:

 

;

(м);

= 1,1597 (м²);

= 2,105 (м²);

= 1,1597 (м/с);

= 0,85 (м/с);

 

Вычисляется эквивалентный  диаметр в сечениях А-А и В-В, принимая во внимание, что

             (2.14);

 

где - соответствующая площадь каждого сечения;

- соответствующий периметр каждого  сечения.

 

;

;

 

4,428 (м);

= 6,156 (м);

 

= 1,047 (м);

= 1,368 (м);

 

Определяются числа Рейнольдса в каждом сечении:

     (2.15);

     (2.16);

 

=90870,7;

= 65384,62;

 

Так как расчетное  число Рейнольдса лежит в пределах от 4000 до 10⁵, то коэффициент гидравлического сопротивления в сечениях А-А и В-В рассчитывается по формуле:

      (2.17);

 

= 0,0198;

= 0,018;

 

Определяем  потери давления на трение по формуле:

 

 

                     

                              (2.18)

 

(Па).

 

 

Вычисляем потери давления на местные  сопротивления по формуле:

 

                               

                                      (2.19)

 

где - коэффициент местного сопротивления при входе пылевоздушной смеси в камеру (происходит плавное расширение), =0,5

- коэффициент местного сопротивления  при огибании перегородок, 

- число перегородок, равное 3;

 

(Па).

 

Общая потеря в осадительной камере составит:

 

                                                  

                                                  (2.20)

(Па).

2.2 Расчет  циклона

      Циклоны относятся к сухим пылеуловителям – это аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители. Схема циклона приведена на рисунке 2.2.1.

Принцип работы циклона основан  на том, что газовый поток вводится через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательные движения вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Частицы пыли отделяются от газа в бункере за счет поворота газового потока на 1800. Газовый поток, освободившейся от пыли, образует вихрь и выходит из циклона через выходную трубу. Бункер должен быть герметичен, так как при разгерметизации бункера за счет подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Рисунок 2.2.1– Схема цилиндрического циклона

 

      Для расчета циклона необходимы следующие начальные условия:

средний размер частиц  пыли dm = 20 мкм;

дисперсия пыли σп = 0,334, lgσп = 0,283;

тип циклона – ЦН-15У;

оптимальная скорость газа ωг опт = 3,5 м/с.

     Диаметр циклона вычисляется по формуле:

 

D = = = 0,8 (м)  (2.2.2);

 

По выбранному диаметру циклона находим действительную скорость газа в циклоне, м/с:                     

                                                   W = 4*V₁   / 

*n *D²   ,                                            (2.2.3);

 

где    n – число параллельно установленных циклонов.

 

W = 4*1,79/(3,14*1*0,8 = 3,26 (м/с);

 

Коэффициент гидравлического  сопротивления одиночного циклона ξ рассчитывается по следующей формуле:

 

ξ = К₁*К₂* ξ₅₀₀        (2.2.4);

 

где К₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁ = 1,0;

       К₂ – поправочный коэффициент на запыленность воздуха, К₂ = 0,95;

       ξ₅₀₀ – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм, ξ₅₀₀ = 80.

 

ξ = 1,0 * 0,95* 80 = 76;

 

Гидравлическое  сопротивление циклона вычисляется  по следующей формуле:

 

∆Р = ξ*(ρ_г*ω_г²/2)                                                      (2.2.5);

∆Р=76*(1,25*3,26² / 2) = 504,81 (Па)

 

Эффективность очистки газа в циклоне рассчитывается следующим образом:

 

η₁ = 0,5*[1+Ф(х)]       (2.2.6);

 

где Ф(х) – табличная  функция от параметра х, определяемого  по формуле:

 

                                                         х =

     (2.2.7);

 

Величина d₅₀ определяется по уравнению:

 

d₅₀=

;

где d₅₀^Т =8,5;

D_Т = 0,6 (м);

ρ_пт = 1930 (кг/м³⁾;

μ_Т = 22,2*10^-6 (Па*с);

ω_Т = 3,5 (м/с);

ω=3,43 (м/с).

 

d₅₀ =

= 0,887*1 ;

 

х =

2,74;

 

Для х =2,74 Ф(х) = 0,9965.

 

η₁ = 0,5*(1+0,9965) = 0,9983;

 

Далее выполняем  проверочный расчет циклона, определяя  наименьший диаметр частиц, которые  полностью осаждаются по формуле:

 

d_min =  ,         (2.2.8);

 

где n = 2;

R₁ = 0,59 / 2 = 0,295 (м);

R₂ = 0,8 / 2 = 0,4 (м);

W – скорость; W = 2,87 (м/с);

 

d_min =

= 17,62 (мкм);

 

Промежуточное значение эффективности циклона  определяется по формуле

(2.2.9) и представлены на рисунке 2.3: