Российской Федерации Тверской государственный технический университет

Скачать 3.18 Mb.

Название	Российской Федерации Тверской государственный технический университет
страница	9/25
Дата публикации	05.06.2013
Размер	3.18 Mb.
Тип	Реферат

userdocs.ru > Право > Реферат

Содержание

3.4. Конструктивные решения по результатам расчета
4.ВЫБОР И РАСЧЕТ СРЕДСТВ ПО ПЫЛЕГАЗООЧИСТКЕ ВОЗДУХА 4.1. Методика выбора и расчета средств
4.1.1. Методика расчетов циклонов
4.1.2. Методика расчета скрубберов Вентури
4.1.3. Методика расчета адсорбера

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 25

3.4. Конструктивные решения по результатам расчета

Если при расчете магистральной ветви и опусков появилось избыточное давление, а невязка в потерях давления Р превышает 10%, то студент приступает к конструктивному решению. Последним может быть уменьшение угла ответвления, установка дроссельной заслонки или изменение диаметра воздуховода(ов).

Чаще студент должен рассмотреть вопросы, связанные с размещением приточных или вытяжных шахт, воздуховодов; с выбором сечения и материала воздуховода, запорных и регулирующих устройств, фильтров, пылеуловителей и т.д.; с установкой вентиляторов и электродвигателей; с защитой от вибраций воздуховодов и вентустановок и обеспечением электробезопасности. Детальное освещение этих вопросов он может найти в главах 13...15 и приложении IV книги [12]. Конструктивные решения, принятые им, должны сопровождаться эскизами, схемами и чертежами, а также четкими обоснованиями. Схемы, эскизы и чертежи студент-дипломник выносит на ватманский лист формата Аl. На последнем, как правило, приводят принятую схему воздуховодов, таблицу с результатами её аэродинамического расчета и основные решения по составным частям спроектированной механической вентиляции (например, конструкции шибера, клапана, дроссельной заслонки, приточного распределительного или вытяжного устройства, филь-

- 43 -

тра или пылеуловителя, виброизоляторов и т.д.). Особо важным являются решения по установке вентилятора, электродвигателя и воздуховодов в данном помещении, по режиму работы данной вентсистемы и по злектробезопасности.

Студент должен помнить, что небольшие вентиляторы (с номером колеса до N6) устанавливают на одном валу с электродвигателем. Это наиболее целесообразно по соображениям надежности эксплуатации, при этом уменьшаются шум и потери мощности в передаче, меньше габариты установки. Чаще вентилятор и электродвигатель устанавливают на раме,которая виброизолирована от пола. В воздуховодах предусматривают гибкие резиновые вставки вблизи вентилятора, чтобы вибрации не передавались от вентилятора и не возникали резонансные вибрации, вызывающие разрушение воздуховодов. Но при этом все воздуховоды должны быть заземлены или занулены (расчет см. ниже). И наконец, приточная механическая вентиляция работает в режиме нагнетания воздуха, а вытяжная - в режиме всасывания (разрежения) воздуха. Поэтому студент должен предусмотреть возможность реверсирования воздуха (т.е. переход на противоположный режим) при соответствующих аварийных ситуациях в данном помещении.

^

4.ВЫБОР И РАСЧЕТ СРЕДСТВ ПО ПЫЛЕГАЗООЧИСТКЕ ВОЗДУХА

4.1. Методика выбора и расчета средств

Основные типы, конструкции и критерии применения средств по пылегазоочистке воздуха, изготовляемых серийно на отечественных заводах, изложены на с.148...153 книги [7]. При решении конкретной производственной задачи необходимо из предлагаемой заводами-изготовителями номенклатуры изделий подобрать наиболее подходящее по своим параметрам для данного случая. Это достигают расчетным путем по приведенным ниже методикам.
^

4.1.1. Методика расчетов циклонов

Циклоны предназначены для сухой очистки газов от пыли со средним размером частиц более 10...20 мкм. Все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются циклонами НИИОГАЗа: цилиндрическими серии ЦН и коническими серии СК. Избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно пре-

- 44 -

вышать 2500 Па. Температура газов во избежание конденсации паров жидкости выбирается на 30...50°С выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции - не выше 400°С. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего. Цилиндрические циклоны серии ЦН предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов при начальной запыленности до 400 г/м³ и устанавливать перед фильтрами и электрофильтрами.

Конические циклоны серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН за счет большего гидравлического сопротивления. Входная концентрация сажи не должна превывать 50 г/

.

Для расчетов циклонов необходимы исходные данные: объем очищаемого газа Q,

; плотность газа при рабочих условиях , кг/

вязкость газа при рабочей температуре , Па•с; диаметр и дисперсный состав пыли dп и

; входная концентрация пыли Свх, г/

плотность частиц пыли

; требуемая эффективность очистки газа .

Расчет циклонов ведется методом последовательных приближений в следующем порядке:

1. Задавшись типом циклона, определяют оптимальную скорость газа опт в сечении циклона диаметром Д по следующим данным:

Тип циклона ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11 СКД-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М

опт, м/с 4,5 3.5 3.5 2.0 1.7 2.0

2. Определяют диаметр циклона Д, м, по формуле

(4.1)

Полученное значение Д округляют до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимальное допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклонов. В РФ для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров Д, мм: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

3. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость газа в циклоне, м/с, по формуле

(4.2)

- 45 -

где n - число циклонов. Действительная скорость в циклоне не должна отличаться от оптимальной более чем на 15%.

4. Вычисляют коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона по формуле

(4.3)

где К1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 4.1); K2 - поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 4.2);

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 4.3).

Таблица 4.1. Поправочный коэффициент на диаметр циклона

ТИП циклона	Значение К1 для Д, мм
	150	200	300	450	500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,00
ЦН-15, ЦН - 24	0,85	0,90	0,93	1,00	1,00
СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-33М	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00

Таблица 4.2. Поправочный коэффициент на запыленность газа

Тип циклона	Значение К2 при Свх, г/м³
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1	0.96	0.96	0.92	0.90	0,87	-
ЦН-15	1	0,93	0.92	0,91	0.90	0,87	0,88
ЦН-24	1	0,95	0.93	0.92	0.90	0.87	0,86
СДК-ЦН-33	1	0.81	0,785	0.78	0.77	0.76	0,745
СДК-ЦН-34	1	0.98	0,947	0,93	0.915	0,91	0.90
СК-ЦН-34М	1	0.99	0,97	0.95	-	-	-

Таблица 4.3. Коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 500 мм.

Значение 500	Тип циклона
	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
При выхлопе в атмосферу При выхлопе в сеть	245 250	155 163	75 80	520 600	1050 1150	- 2000

- 46 -

5. Определяют гидравлическое сопротивление циклона. Па, по формуле

(4.4)

где  и  - соответственно плотность и скорость газав расчетном сечении циклона;  - коэффициент гидравлического сопротивления.

6. По табл. 4.4 находят значения параметров пыли

для выбранного типа циклона.

Таблица 4.4. Значения параметров пыли

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
, мкм	8,5 0,308	4,5 0,352	3,65 0,352	2,31 0,364	1,95 0,308	1,3 0,340

7. Ввиду того, что значения

, приведенные в табл. 4.4, определены по условиям работы типового циклона ( Дт = 0,6 м;

пт = 1930 кг/м³; т = 22,2х

Па*с; т = 3,5 м/с), необходимо учесть влияние отклонений условий работы от типовых на величину d50, мкм, по формуле

; (4.5)

8. Рассчитывают параметр х по формуле

. (4.6)

а по табл. 4.5 находят параметр Ф (х).

Таблица 4.5. Значения параметра Ф (х)

х	-2,7	-2.0	-1.8	-1.6	-1.4	-1.2	-1.0	-0.8
Ф (х)	0,0035	0,0228	0.0359	0.0548	0,0808	0,1151	0.1587	0.2119
х	-0,6	-0.4	-0.2	0	0.2	0.4	0.6	0.8
Ф (X)	0.2743	0.3446	0,4207	0.5000	0,5793	0.6554	0.7257	0,7881
х	1.0	1,2	1,4	1.6	1.8	2,0	2.7
Ф (X)	0.8413	0.8849	0.9192	0.9452	0.9641	0.9772	0.9985

Определяют эффективность очистки газа в циклоне по формуле

(4.7)
где Ф(х) - табличная функция от параметра х, рассчитанного по формуле (4.6).

- 47 -

10. Если расчетное значение  окажется меньше необходимого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то нужно выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться формулой

(4.8)
где индексы 1 и 2 соответствуют двум разным циклонам.
^

4.1.2. Методика расчета скрубберов Вентури

Скрубберы Вентури нашли наибольшее применение среди аппаратов мокрой очистки газов с осаждением частиц пыли на поверхность капель жидкости. Они обеспечивают эффективность очистки 0,96...О,98 на пылях со средним размером частиц 1...2 мкм при начальной концентрации пыли до 100 г/м³. Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,4...О,6 л/м³.

Для расчетов эффективности очистки от пыли производственных выбросов скруббером Вентури необходимы следующие исходные данные: плотность газа в горловине г, кг/м³; скорость газа в горловине Wг , м/с; массовый расход газа Мг, кг/с; массовый расход орошающей жидкости Мж, кг/с; удельный расход жидкости m, л/м³; давление жидкости Рж,кПа; плотность жидкости ж,кг/м³Расчет ведется в следующем порядке:

1. Определяют гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури, Н/м², по формуле

(4.9)

где с - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы; Wг - скорость газа в горловине, м/с; г- плотность газа в горловине, кг/м³.

2. Рассчитывают гидравлическое сопротивление, обусловленное введением орошающей жидкости, Н/м², по формуле

. (4.10)

где ж - коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости; ж - плотность жидкости, кг/м³;

m - удельный расход жидкости на орошение, л/м³.

При этом величина ж определяется из соотношения

(4.11)

где Мж и Мг - массовые расходы жидкости и газа, кг/с.

3. Находят гидравлическое сопротивление трубы Вентури,

-48 -

Н/м², по формуле

(4.12)

4. Находят сдммарную энергию сопротивления Кт, Пп, по формуле

(4.13)

где Рж - давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель, Па;

- соответственно, объемные расходы жидкости и газа,

.

5. Определяит эффективность скруббера Вентури по формуле

, (4.14)

где Кт - суммарная энергия сопротивления, Па; В и n - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли (см. табл. 4.6).

Таблица 4.6. Значения В и n

N	Загрязнитель	В	n
1	Конверторная пыль	9.88*	0.4663
2	Ваграночная пыль	1.355 •	0.6210
3	Мартеновская пыль	1.915*	0.5688
4	Сажа		1.36
5	Туман фосфорной кислоты	1.34 *	0.6312

4.1.3. Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходимое количество сорбента, продолжительности процесса поглощения, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затраты. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощаемого вещества; количество очищаемого газа С , кг/с; концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер с0, кг/м³. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества на поглотителе.

Расчет адсорбера включает две стадии: а) приближенный конструктивный расчет для определения необходимой массы и геометрии аппарата; б) проверочный расчет для определения времени

- 49 -

защитного действия адсорбера и, в случае необходимости, проведения корректировки размеров аппарата.

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке:

1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для увеличения его емкости рабочая температура выбирается минимально возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активированном угле при 20°С представлена на рис. 4.1. По изотерме адсорбции и заданной величине С0. г/м³, находят статическую емкость сорбента а0, г/кг.

Определяют весовое количество количество очищаемого газа, С, кг/с, из выражения

(4.15)

где Lм - производительность местного отсоса от паровоздушной смеси, г - плотность паровоздушной смеси

Переводят весовую статическую емкость сорбента а0, в объемную а’0,по формуле

(4.16)

где н - насыпная плотность выбираемого сорбента.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

(4.17)

где К = 1,1...1,2 - коэффициент запаса;  - продолжительность процесса сорбции, с; С - весовое количество очищаемого газа, кг/с; Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м³; а'о - статическая емкость адсорбера, кг/м³.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W , м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...О,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа, м, подсчитывавт по формулам:

(4.18)

- 50 -

(4.19)

Находят пористость сорбента по формуле

(4.20)

где к и н - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м,

по формуле

(4.21)

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения  находят в зависимости от характера движения по выражению:

при Re < 50  = 220 / Re ; (4.22)

при Re  50  = 11.6 /

(4.23)

где

- критерий Рейнольдса;  - кинематическая вязкость газа, м*м/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа р, Па, по формуле

(4.24)

где Ф = 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных дсловиях Т и Р по формуле

(4.25)

где До =

при То = 273°К и атмосферном давлении Ро =

Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

(4.26)

13. Для заданного режима течения газа (определяется значением Re) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:

при Re < 30

(4.27)

при Re  30

(4.28)

- 51 -

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 4.1) находят величину

- количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре, и величина концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую величине

.

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f, м²/

по формуле

(4.29)

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на выходе из аппарата, г/м³, по формуле

(4.30)

где  - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбера, с, по формуле

(4.31)

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину  , то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину La, м, определяемую по формуле

(4.32)

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м². Констрдктивно аппараты адсорбции выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.