Практична робота 1 Розрахунки циклонів

Мета роботи - набуття навичок із вибору та розрахунку газоочисних апаратів (циклонів).

Вихідні дані:

• тип циклону: ЦН-24;

• об’єм газу, що очищується, Q, м³/год;

• густина газу за робочих умов ρ, кг/м³;

• в'язкість газу при робочій температурі μ, Па·с;

• дисперсний склад пилу d₅₀;

• вхідна концентрація пилу С_вх, г/м³ ;

• необхідна ефективність очищення η.

На практиці прийнятий ряд стандартних значень внутрішнього діаметра циклонів D_Т, мм: 150, 200, 300, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000.

Розрахунки циклонів проводять методом послідовних наближень.

Таблиця 1.1 - Вхідні дані

Тип циклона	Оптимальна швидкість руху газу vопт	Обˋєм газу, (Q) м3/с	Концентрація пилу (Cвх), г/м	Густина газу (ρг), кг/м3	Густина газу (ρч), кг/м3	Вˋязкість газу, (μ*106), Па * с	Ефективн. очищення (η)
ЦН - 24	4,5	30	40	1,39	1900	21,1	0,85

Розрахунок.

1. Розраховуємо діаметр D циклона за формулою

= = 2,9

D_т приймаємо 3000 мм.

2. Розраховуємо дійсну швидкість потоку в циклоні

,

де n - число циклонів.

v = = 4,2

Значення v не повинне відхилятися від v_опт більше ніж на 15 %.

х = = 9,3 %;

3. Розраховуємо коефіцієнт гідравлічного опору:

,

де k₁ і k₂ - поправкові коефіцієнти, що залежать від D, С_вх і типу циклона (де k₁ = 1,0, k₂ = 0,92);

R₅₀₀ - коефіцієнт гідравлічного опору при D_Т=500 мм (R₅₀₀ = 80).

R = 1 * 0,92 * 80 = 73,6;

4. Розраховуємо значення гідравлічного опору:

= 0,5 * 73,6 *1,39* 4,2² = 902,3 ≈ 902;

5. Визначаємо ефективність очищення:

η = 0,5(1+Ф(х)),

де Ф(х) – таблична функція параметра х (х = 0,59);

6. Значення d₅₀ визначаємо за формулою:

_,

де ρ – густина частинки;

μ – в'язкість середовища;

ν – швидкість потоку; D_T = 500 мм;

ρ_чТ = 1930 кг/м³;

μ_Т = 22,2·10⁶ Па·c;

v_T = 3,5 м/с (індекс «т» означає типове значення параметра).

d_T50 = 3,65

d₅₀ = 3,65 * = 3,65 * 2,2 = 8,3;

х = 0,8lg = 0,27;

η = 0,5 * (1,0 + 0,6) = 0,8

В результаті розрахунків в нас получилось, що ефективність циклона

ЦН – 24 відповідає заданій.

Рисунок 1.1 -Схема циклона типу ЦН – 24

Практична робота 2 Розрахунки пористих металевих фільтрів для очищення викидів від пилу.

Мета роботи – набуття навичок і одержання знань із розрахунку й конструкції пористих фільтрів.

Основні положення

Процес фільтрації ґрунтується на затриманні частинок домішок на пористих перетинках під час руху дисперсних систем через них. Фільтрація характеризується такими параметрами: ефективністю очищення, тонкістю очищення, пористістю фільтроелемента, швидкістю фільтрації, пропускною здатністю фільтра, гідравлічним або аеродинамічним опором фільтра.

Абсолютна тонкість очищення - це максимальний розмір частинок, що пройшли через фільтр.

Номінальна тонкість очищення - це розмір частинок, для яких фракційна ефективність очищення дорівнює 0,97. Переважний ряд: 1; 2; 5; 10; 16; 25 мкм і т.д.

Пористість фільтроелемента - це відношення об’єму пор (V_n) до повного об’єму фільтроелемента (V):

П= V_n /V.

Швидкість фільтрації - це відношення об'ємної витрати Q (м³/с) речовини, що очищається, до площі фільтруючої поверхні F (м²):

W=Q/F.

Питома масова пропускна здатність фільтра G, кг/(м² с):

G=wρ,

де ρ – густина речовини, що очищається, кг/м³.

Гідравлічний (аеродинамічний) опір фільтра - це різниця тисків на вході й виході фільтра. Під час проектування фільтрувальних установок призначається початковий і кінцевий опір фільтра. При досягненні кінцевого допустимого тиску процес фільтрації припиняється, і фільтр підлягає регенерації.

Таблиця 2.1 – Вхідні дані

Q, м3 /год	Свх, мг/м	dто абс, мкм	ΔРкін, кПа	τ, год	Пористий матеріал	П	h, мм
160	10	4	25	45	Ст50ХГ	0,24	4

Завдання до практичної роботи

Виконати розрахунки фільтра для очищення повітря від пилу глинозему при нормальному атмосферному тиску й температурі повітря 20°С. Необхідна тонкість очищення d_{то абс}. Найбільш припустимий (кінцевий) опір фільтра ΔР_кінц. Початковий опір фільтра ΔР_поч=10 кПа. Час безперервної роботи фільтра τ. Витрата повітря Q. Концентрація пилу в повітрі С_вх. Густина частинок забруднювача ρ_ч=3,9·10³ кг/м³. В'язкість повітря при 20°С μ=18·10^-6 Па·с.

Розрахунок.

1. Визначаємо максимальний розмір пор d_{п макс}, мкм:

d_{п макс} =3·d _{то абс},

де d _{то абс} – абсолютна тонкість очищення, мкм.

d_{п макс} = 3 * 25 = 75

2. Визначаємо середній розмір пор d_{п ср}, мкм:

d_{п ср}=1,25d_{п макс}·П^0,3,

де П – пористість фільтроелемента (0,2 – 0,5).

d_{п ср} = 1,25 * 75 * 0,24^0,3 = 61,03 мкм.

3. Визначаємо розмір частинок порошку для виготовлення фільтроелемента d_{ч ср}, мкм:

d_{ч ср}= d_{п ср}/ П² = 61,03 / 0,24² =1059,54 мкм

4. Знаходемо швидкість потоку в порах w_п , м/с:

,

де – початковий опір фільтра, Па;

μ – в'язкість рідини або газу, що фільтрується, Па·с.

w_n = =2,49

5. Визначаємо площу фільтрації F, м²:

= = 0,06 м²

6. Визначаємо розрахунковий кінцевий опір фільтра , Па:

,

де А – коефіцієнт, що залежить від розмірів частинок і розмірів пор: при очищенні газів А=5,25·10³ с^-1, при очищенні рідин А=10 с^-1;

τ – час роботи фільтра, с;

q_вх – об'ємний вміст твердих частинок у речовині на вході фільтра: q_вх=С_вх/ρ_ч, С_вх – концентрація забруднювача, кг/м³; ρ_ч – густина частинок забруднювача, кг/м³;

τ – час роботи фільтра = 90000с;

С_вх=30 мг/м

ρ_ч=3,9*10³ кг/м³=3900 кг/м³

В, с/м, розраховують за формулою

,

де швидкість фільтрації w_ф=П w_п, м/с;

пористість осаду беремо П₀=0,5.

Τ = 25 * 3600 = 90000 с;

q_вх=С_вх/ρ_ч = 0,769*10^-8

w_ф = 0,24 * 2,49 = 0,5976;

В = * (1 – 0,5) = 0,21;

Abh = 5250 * 0,21 * 0,004 = 4,41;

А q_вх τ = 5250 * 0,769 * 10^-8 * 90000 = 3,63;

АВ = 5250 * 0,21 = 1102,5;

∆Р_кінц(р) = * [(1 – 2,71^-4,41) *( ) + 0,004] = 25,1.

7. відрізняється від заданого >20, тому визначаємо максимально припустимий час роботи фільтра τ, с:

= ( ) * ln [1 + * ]=165214сек = 46 год