2. Расчеты аппаратов

2.1 Методика расчета осадительной камеры.

Эти 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.

2.1.1 По дисперсному и фракционному составу пыли принимаем, что диаметр (d) частиц, который должен осадиться в камере, 75 мкм.

2.1.2 Определяем величину критерия Архимеда:

Ar = ((d_п³·_г²·g)/ _г²)·((_ч -_г )/_г), (2.1)

Ar =

2.1.3 По значению Ar определяем область, в которой происходит осаждение, и вычисляем число Рейнольдса:

При Ar  36 Rе = Ar/18, (2.2)

Rе = 22,27/18 =1,62

2.1.4 Вычисляем теоретическую скорость осаждения шарообразной частицы:

При Ar  36 _ос= d_r²·g·(_ч - _r)/18 , м/с, (2.3)

_ос = (75*10^-6)²·9,8·(2800 – 1,25)/18·22,23·10^-6 = 0,00015 /0,00040=0,38 м/с.

Проверка скорости _ос выполняется по формуле:

_ос = Re·/(d_п·_г)

_ос = 1,62 * 22,23*10^-6/(75*10^-6·1,25) = 0,000036/ 0,00009375= 0,38 м/с.

2.1.5 Опытным путем установлено, что снижение скорости осаждения частиц составляет: для округлой формы ₀ = 0,87; для угловатых частиц _у = 0,77; для продолговатых частиц _пр = 0,68; для пластинчатых частиц _пл. = 0,58;

Доля (m) различных форм частиц, учитывающихся в процессе осаждения, в таблице 2.1

Таблица 2.1

Форма частиц	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
m0	0,1	0,4	0,3	0,2	0,1	0,4	0,3	0,2	0,1	0,4
mу	0,2	0,3	0,4	0,1	0,2	0,3	0,2	0,1	0,3	0,1
mпр	0,3	0,2	0,1	0,3	0,4	0,1	0,1	0,4	0,4	0,3
mпл	0,4	0,1	0,2	0,4	0,3	0,2	0,4	0,3	0,2	0,2

m₀ = 0,1

m_у = 0,3

m_пр = 0,4

m_пл = 0,2

При неравномерном распределении частиц снижение скорости осаждения

 = ₀*m₀+_y*m_y+_пр*m_пр+_пл*m_пл. (2.5)

 = 0,87 *0,1 + 0,77 * 0,3 + 0,68 * 0,4 + 0,58 * 0,2 = 0,706

2.1.6 Фактическая скорость осаждения частиц

_т^ос = _ос * (м/с) (2.6)

_т^ос = 0,38 * 0,706 = 0,27 (м/с)

2.1.7 Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать Wг= 1.2 м/с. Оптимальная скорость газа в осадительной камере выбирается в пределах

Wг= 0,8-0,9 м/с.

Выбираем Wг= 0,85 м/с

2.1.8 Площадь сечения осадительной камеры, м²

S=V₁/W_г (2.7)

S= 1,73 м³/с / 0,85 м/с = 2,035 (м²)

2.1.9 Осадительные камеры, как правило, выполняются прямоугольного сечения. Определяем Нк (см. рисунок 2.1)

Нк = 0,707 S, (м) (2.8)

Нк = 0,707 2,035 = 1,009 м

Длина осадительной камеры L определяется

L=W_г*Н_к/W_ос (м),

L= 0,85*1,009/0,38 = 2,26 (м)

Остальные параметры выбираем конструктивно.

2.1.10 Конструктивно, горизонтальная осадительная камера может быть выбрана в соответствии с рисунком 2.1, вертикальная в соответствии с рисунком 2.2.

2.1.11 Выполняем расчеты параметра (П). Для осадительных камер, в которых движение пылегазового потока осуществляется с огибанием поперечных перегородок (n)

П = 2*[n ^ос *Н_к L / W_г * S] (2.9)

П = 2*[3*0,38* 1,009 * 2,26 / 0,85 * 2,035] = 3,006

2.1.12 Определяем параметр проскока частиц (р)

P = 1 / е^П (2.10)

P = 1 / е ^3,006 = 0,049

Определяем фракционную эффективность очистки пылеосадительной камеры

_ф⁰ = (1 - P) (2.11)

_ф⁰ = (1 – 0,049) = 0,951

А-А В-В

Рисунок 2.1-Схема горизонтальной осадительной камеры

А―А

А

А

Н_к

2Н_к

ℓ

L

Пыль

Рисунок 2.2–Схема вертикальной осадительной камеры

2.1.13 Рассчитаем потери давления в пылеосадительной камере. (рассматривается горизонтальная осадительная камера):

Определяем скорость пылегазовоздушной смеси в сечениях А-А

W_А-А=V₁/S_А-А, м/с, (2.12)

W_А-А=1,73 / 1,122 = 1,542 (м/с)

W_B-B=V₁/S_B-B (м/с) (2.13)

W_B-B=1,73 / 2,036 = 0,850 м/с

где S_А-А—площадь в сеченияи А-А. Вычисляем эквивалентный диаметр в сечениях А-А и В-В, принимая во внимание, что скорость пылегазовой смеси перед входом в пылеосадительную камеру 5 м/с.

(м²) (2.14)

d = 4V₁/ _г (м); (2.15)

d = 4*1,73/ 3,14 *5 = 0,664 (м)

(2.16)

S_B-B - площадь сечения В-В, которая определяется по формуле:

(м²) (2.17)

S_B-B = 2 * 1,009² =2,036 (м²)

d_э = 4S/ П, (2.18)

d_эA-A = 4S_A-A/ П_A-A, d_эВ-В = 4S_В-В/ П_В-В,

где - П_A-A, и П_В-В - периметры сечений.

d_эA-A = 4*1,122/4,356 = 1,030 (м)

d_эВ-В = 4*2,036 / 6,054 = 1,345 (м)

П_A-A=[( H_k+d)/2+(2* H_k+d)/2]*2;

П_B-B = 2 * (2 H_k + H_k ).

Найдем периметры сечений:

П_A-A=[(1,009+0,664)/2 + (2* 1,009+0,664)/2]*2 = 4,356 (м)

П_B-B = 2 * (2*1,009+1,009) = 6,054

Определим числа Рейнольдса в сечениях А-А и В-В

Re_A-A = d_э^А-А*W_A-A*_г/ _г ; Re_B-B = d_э^B-B *W_В-В*_г/ _г , (2.19)

где W_г – скорость газа в указанных сечениях, м/с.

Re_A-A = 1,030 * 1,542* 1,25/ 22,23*10^-6 = 89308,367

Re_B-B = 1,345 * 0,850 * 1,25 / 22,23*10^-6 = 64285,313

Коэффициент гидравлического сопротивления в сечениях _А-А и В-В рассчитываем по формулам:

при Rе < 4000  = 64/Re;

при Re от 4000 до 10⁵  = 0,316/Re^0,25 . (2.20)

 _А-А = 0,316 / 89308,367^0,25 = 0,018

 _В-В = 0,316 / 64285,313^0,25 = 0,020

Определяем потери давления на трение:

P_тр = _A-A*(l₁ / d_э^А-А)*(_г * _A-A²/ 2) + _B-B*(L/ d_э^B-B )*( _г* W_В-В²/2),(Па). (2.21)

Для этого найдем l₁:

l₁ =[ (H_k- d)/ 2 ] * sin 15^◦

l₁ = 0,045

P_тр = 0,018* (0,045/1,030)*(1,25* 1,542²/2)+ 0,020 * (1,825/1,345)*(1,25*0,723/2)= 0,001+0,012 = 0,013 (Па)

Вычисляем потери давления на местные сопротивления:

P_М.С = ₁* (_г*W_A-A²/ 2) + n * ₂ *(_г* W_В-В²/2), (Па) (2.22) где ₁ - коэффициент местного сопротивления при входе пылегазовоздушной смеси в камеру (происходит плавное расширение) ₁= 0,5;

₂ = коэффициент местного сопротивления при огибании перегородок ₂ = 2,5

n - число перегородок, выбирается из схем осадительной камеры.

P_М.С = 0,5 * (1,25*1,542²/2) + 3* 2,5 * (1,25 * 0,850²/2) = 0,743+3,387=4,13(Па)

Общая потеря давления в осадительной камере:

P = P_тр + P_М.С, (Па). (2.23)

P = 0,013 + 4,13 = 4,143 (Па).