Расчетно-аналитический выбор пылегазоочистной установки

 

                                                                η_i = ;                      (2.2.9);

 

di, мкм	1	5	10	15	16	17,62
ηi, %	3	7	28	63	96	100

 

  1. d₁ = 1 мкм; η₁ = 1² / 17,62² * 100% = 0,3%;

  2. d₂ = 5 мкм; η₁ = 5² / 17,62²* 100% = 8%;

  3. d₃ = 10 мкм; η₁ = 10² / 17,62²* 100% = 32%;

  4. d₄ = 15 мкм; η₁ = 15² / 17,62²* 100% = 72%;

  5. d₅ = 16 мкм; η₁ = 16² / 17,62²* 100% = 82%;

  6. d₅ = 17,62 мкм; η₁ = 17,62² / 17,62² * 100% = 100%;

Рисунок 2.3 –  График функции  η_i (d_i)

Рисунок 2.2.2 –  Схема цилиндрического циклона

Геометрические  характеристики циклона представлены в таблице 2.2.1

Таблица 2.2.1 –  Геометрические характеристики циклона

Геометрические  характеристики (в долях от внутреннего диаметра циклона)	Обозначение	Числовое значение
Высота цилиндрической части	Нц	2,11
Высота заглубления  выхлопной трубы	hт	2,11
Высота конической части	Нк	1,75
Внутренний  диаметр выхлопной трубы	d	0,59
Внутренний  диаметр пылевыпускного отверстия	d1	0,3
Ширина входного патрубка	b	0,2
Высота внешней  части выхлопной трубы	hв	0,4
Высота установки  фланца	hфл	0,1
Высота входного патрубка	hп	0,11
Длина входного патрубка	l	0,6

 

 

2.3. Расчет  скруббера Вентури

      Скруббер Вентури относится к мокрым пылеуловителям. Они имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей  (0,3-1,0 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако они обладают и рядом недостатков, что ограничивает область их применения: образование в процессе очистки шламов, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотводах при охлаждении газов до точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель. 
      Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения. Силы инерции действуют на частицы пыли и капли воды при их сближении. Эти силы зависят от массы капель и частиц, а так же от скорости их движения. Кроме этого на процесс осаждения влияют турбулентная диффузия, взаимодействие электрически заряженных частиц, процессы конденсации, испарения и др. Важным фактором, влияющим на эффективность мокрых пылеуловителей, является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).

Среди всех аппаратов  наиболее широкое распространение  получили скрубберы Вентури. Принцип работы скруббера следующий. Очищаемый газ поступает в приемный цилиндр и направляется в трубу Вентури. На входе трубы расположена форсунка. В форсунку центробежным насосом под давлением 300-500 кПа подается вода, которая распыляется и захватывает частички пыли, очищая тем самым газ, после чего сливается в отстойник. В отстойнике частицы пыли осаждаются на дно и периодически удаляются. Вода к центробежному насосу поступает через водяной затвор отстойника. Очищенный газ через циклон-каплеуловитель направляется дальше по технологическому циклу.

 

Расчет скуббера определяется геометрическими параметрами трубы Вентури. Схема скуббера Вентури представлена на рисунке 2.3.1

 

 

 

 

Рисунок 2.3.1 – Схема скруббера Вент ури

 
1 – конфузор;

2 – горловина; 

3 – диффузор;

4 – скрубер  центробежного типа (сепаратор);

5 – отстойник; 

6 – бак   для  осветления жидкости;

7 – насос.

Диаметр горловины  и ее длина определяются по формулам (2.3.1) и (2.3.2.) соответственно:

 

                                                      d_г =

                                                  (2.3.1);

                                                           l_г = 1,25*d_г                                (2.3.2);

 

где ω₁ – скорость очищаемого газа в горловине трубы, ω₁ = 100 (м/с).

 

d_г =

l_г = 1,25*0,151 = 0,1887 (м)

 

Диаметрывходного сечения  конфузора и выходного диффузора рассчитываются следующим образом:

 

                                               D_к = 1,12*

                                         (2.3.3);

                                                D_Д = 1,12*

;                                 (2.3.4);

D_к =

= 0,355(м)

D_Д =

= 0,2997 (м)

 

где ω₂, ω₃ – скорости газа на входе в конфузор и на выходе из диффузора соответственно; ω₂ = 20 (м/с), ω₃ = 25 (м/с).

 

Диаметр форсунки определяется по формуле (2.3.5):

 

d_ф =     (2.3.5);

 

где ξ – коэффициент  расхода жидкости; ξ = 2,5;

ρ_ж – плотность жидкости; ρ_ж = 1000 кг/м³;

L_ж – расход раствора через форсунку, м³/с, определяется по формуле (2.3.6);

Р – давление жидкости перед форсункой, Р = 150 000 Па;

n_ф – число форсунок, принимается из расчета, что максимальный диаметр орошения 200 мм, т.е. при D_к ≥ 200 мм количество форсунок определяется по формуле (2.3.7).

 

                                                           L_ж = m*V₁                                  (2.3.6);

m – удельный расход жидкости; m =0,001

 

L_ж = 0,001*2,05 = 0,00205 (м³/с)

                                                        n_ф = D_к²/0,2²                                (2.3.7);

n_ф = 0,42²/0,2² = 4,5

 

d_ф =

= 0,0026 (м);

 

Соответственно  рассчитываем длину конфузора и  диффузора:

 

(м),

 

 

(м),  

где  - угол раскрытия  конфузора и диффузора соответственно 20⁰ и 7⁰(15…28;6..8)

 

(м),

 

(м).

 

Определяем  параметры l₃ и l₄:

 

l₃ = 1,5*D_к

l₃ = 1*0,335 = 0,5025 (м);

l₄ = 1*D_Д

l₄= 1*0,2997 = 0,2997 (м);

 

Диаметр сепаратора рассчитывается по формуле:

 

D_с =

D_с =

= 1,06 (м);

 

где ω_с – скорость смеси, ω_с = 2 (м/с).

Гидравлическое сопротивление  скруббера  определяется сопротивлением  трубы Вентури:

 

                                   ∆Р = 0,12*(ρ_г*ω₁²/2) + 0,6*(m* ρ_ж* ω₃²/2)                           (2.3.8);

∆Р = 0,12*(1,25*60²/2) + 0,6*(0,001* 1000*20²/2) = 390 (Па);

 

Эффект очистки  Скруббера-Вентури рассчитывается по формуле:

 

η =

;

 

где  n – коэффициент, n = 0,28.

      Е – параметр, определяемый по формуле:

 

                                                         Е = ∆Р + P*m* ρ_ж* ω_c²/2                                      (2.3.9);

Е=937,5 +( 150000*0,001*1000*2² /2) = 300937,5  

.

 

 

2.4  Раcчет теплообменника

 

В зависимости  от способа передачи тепла различают  две основные группы теплообменников:

1) поверхностные  теплообменники, в которых перенос  тепла между обменивающимися теплом средами происходит через  разделяющую их поверхность теплообмена;

2) теплообменники  смешения, в которых тепло передается  от одной среды к другой  при их непосредственном соприкосновении.

     Значительно  реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами (насадкой), заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.

      Кожухотрубчатые теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб, а другая – в межтрубном пространстве.

        Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло,- в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

      Кроме того, при указанных направлениях  движения сред достигается более  равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата. В противном случае, например, при подаче более холодной (нагреваемой) среды сверху теплообменника, более нагретая часть жидкости как более легкая, может скапливаться в верхней части аппарата, образуя «застойные зоны».

Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой, причем особенно прочное соединение достигается при устройстве в трубных решетках отверстий с кольцевыми канавками, которые заполняются металлом трубы в процессе ее развальцовки.                                 

       Кроме того, используют закрепление труб сваркой, если материал трубы не поддается вытяжке и допустимо жесткое соединение труб с трубной решеткой, а также пайкой, применяемой для соединения главным образом медных и латунных труб. Изредка используют соединение труб с решеткой посредством сальников, допускающих свободное продольное перемещение труб и возможность их быстрой замены. Такое соединение позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб, но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.

2.4.1. Составим уравнение материального баланса:

 

             

                    (2.4.1)

 

2.4.2. Определяем количество теплоты по выражению:

 

,

 

где - расход газа, определяемый по формуле;

 

,

 

где - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг;

- температура входящего газа, равная 218 ⁰С;

- температура выходящего газа, соответственно 30 ⁰С.

 

 (кг/с)

 

 (Дж/кг град)

 

2.4.3. Расход воды составит:

 

,

 

где - удельная изобарная теплоемкость воды, равная 4,18 КДж/кг⁰С;

- температура воды на выходе  и равна 55 ⁰С;

- температура воды на входе  соответственно 15⁰С;

 

(кг/c)

 

2.4.4. Поверхность теплообмена определяется по формуле:

 

,

 

где К- коэффициент  теплопередачи, Вт/м^{2 0}С

 

,

 

где - коэффициент теплоотдачи от ядра потока,  движущейся среды к стенке: ; Вт/м^{2 0}С

- коэффициент теплопроводности; Вт/м ⁰С;

- наружный диаметр трубки, равный 0,020 м;

- внутренний диаметр трубки; соответственно 0,016 м;

 

(Вт/м^{2 0}С)

Средний температурный  напор составит:

 

,

 

из графика на рис (2.4.1) определим: