13. Высоту неподвижного слоя находят по:

Цель: Рассчитать высоту неподвижного слоя силикагеля.

Где Н₀ – высота неподвижного слоя, м;

V – объём неподвижного слоя, м³;

S – площадь сечения аппарата, м².

Вывод: Высота неподвижного слоя силикагеля составляет 6,39 м и остается неизменной до начала псевдоожижения.

14. Определим высоту псевдоожиженного слоя:

Цель: Рассчитать высоту псевдоожиженного слоя.

Н_пс = Н₀

Где Н_пс – высота псевдоожиженного слоя, м;

ε₀ – порозность неподвижного слоя;

ε_п.с. – порозность псевдоожиженного слоя;

Н₀ – высота неподвижного слоя, м.

Вывод:

При рабочей скорости псевдоожижающего агента высота слоя увеличивается в следствии увеличения кинетической энергии и сил отталкивания частичек друг от друга. Однако общий вес, приходящийся на единицу площади остается постоянным.

15. Определие высоты сепарационного пространства

Цель: Рассчитать высоту сепарационного пространства.

Критическая высота сепарационного пространства, h_к, зависит от скорости газа w и диаметра аппарата D и определяется по графику [3, с. 406]. При w_р = 0,83 м/с и D = 1,5 м отношение h_к/D равно 3,2, тогда искомая критическая высота сепарационного пространства будет равной:

h_k=3,5*1.5=5,25 м

Рекомендуется проектировать сепарационное пространство, h_c, таким образом, чтобы оно было на 20 %  25 % больше значения критической высоты, следовательно, высота сепарационного пространства будет составлять:

h_с =1,2* h_k =1,2*5,25=6,3 м

Вывод: Высота сепарационного пространства должна быть больше h _к, в противном случае быстро возрастает унос частиц из аппарата.

16. Высота установки входного штуцера циклона.

Цель: Рассчитать высоту установки входного штуцера циклона.

Ha = Нпс + hс

Где H_a – высота установки штуцера, м;

Н_пс – высота псевдоожиженного слоя, м;

h_c– критическая высота сепарационного пространства, м.

H_a =7,69+6,3=13,99 м

Вывод:

Для легкости конструирования, принимаем высоту установки входного штуцера циклона равной 13,5 м. Это приводит к увеличению сепарационного пространства до 5,79 м, что входит в допустимый интервал (h_с=1,2-1,4h_k).

Чертеж аппарата представлен на рисунке 2.

17. Расчет циклона.

Цель: Выбрать подходящий по параметрам циклон и определить его характеристики.

Для улавливания частиц размером менее 0,25 мм (250мкм) выбираем циклон ЦН-15. данный тип циклонов обеспечивает хорошую степень улавливания при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении. Технические характеристики и основные размеры (в долях диаметра) приведены в таблице 3:

Таблица 3 – основные параметры циклона ЦН-15:

Наименование характеристики	Значение
Диаметр выходной трубы D1	0,6
Ширина входного патрубка b	0,26
Высота входного патрубка h1	0,66
Высота выходной трубы h2	1,74
Высота цилиндрической части h3	2,26
Высота конической части h4	2,0
Общая высота циклона H	4,56
Коэффициент сопротивления циклона ζ0	160

1. Принимаем м²/с², и по этому значению по формуле рассчитываем скорость газа внутри циклона:

Где W_ц – скорость газа внутри циклона, м/с;

ζ₀ – коэффициент сопротивления циклона;

∆Р – гидравлическое сопротивление циклона, Па;

ρ_г – плотность газа, кг/м³.

Скорость внутри циклона равна:

.

2. Диаметр циклона рассчитывают по (24):

Где V_с – объёмный расход газа, м³/с;

W_ц – скорость внутри циклона, м/с.

Диаметр циклона равен:

, принимаем диаметр циклона 800 мм.

Вывод:

Выбранный нами циклон соответствует всем требуемым параметрам нашего аппарат с "кипящим" слоем зернистого материала.

3. Секундная производительность циклона.

м³/с

Вывод:

Был выбран циклон ЦН-15 фирмы НИИОгаз диаметром 800 мм. Для циклона с таким диаметром корпуса степень очистки газов от пыли составляет 30-85% (для частиц диаметром 5 мкм) и с увеличением диаметра частиц повышается до 70-95% (для частиц диаметром 10 мкм) и далее до 95-99% (для частиц диаметром 20 мкм). При этом содержание пыли в очищаемом газе не должно превышать 0,2-0,4 кг/м³.

Чертеж циклона представлен на рисунке 3.

18. Расчет гидравлического сопротивления аппарата и его компонентов.

Цель: Рассчитать гидравлическое сопротивление аппарата с псевдоожиженным слоем зернистого материала.

1. Гидравлическое сопротивление слоя рассчитывают по:

∆Рсл=(ρ- ρч )*(1-ε)*g*Н0

Где ∆Р_сл – гидравлическое сопротивление слоя, Па;

ρ – плотность среды, кг/м³;

ε – порозность псевдоожиженного слоя;

g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

Н₀ – высота неподвижного слоя, м.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление слоя:

∆Р_сл=(1100-0,8456)*(1-0.509)*9,81*6,39=33830,49 Па.

Скорость в отверстиях решетки рассчитывается по

W0=Wраб/φ

Где W₀ – скорость в каналах решетки, м/с;

W_раб – рабочая скорость, м/с;

φ – доля «живого» пространства решетки.

Рассчитаем скорость в отверстиях решетки :

W₀=0,78635/0.015=52,42 м/с;

Определить коэффициент сопротивления решетки зависящий от отношения диаметра отверстий решетки d₀ к ее толщине и определяемый по графику

[ 2,с.105 ].

Из рисунка для d₀/ δ=0.8/2=0.4 получаем С=0,63.

Сопротивление решетки рассчитывают по:

∆Рреш=0,503*W02 *ρ*(1-φ2)/c2

Где ∆Р_реш – гидравлическое сопротивление решетки, Па;

W₀ – скорость в отверстиях решетки, м/с;

ρ – сопротивление среды, кг/м³;

φ – доля «живого» сечения решетки;

с – коэффициент сопротивления решетки.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление решетки

∆Р_реш=0,503*52,42* 0.8456*(1-0,015²)/0,63²= 2944,07 Па

Сопротивление циклона рассчитывается по:

Где ∆р_ц – гидравлическое сопротивление решетки, Па;

ζ₀ – коэффициент сопротивления циклона;

W_ц – скорость среды внутри циклона, м/с;

ρ – плотность среды, кг/м³.

Сопротивление циклона равно:

Па.

Скорость воздуха входного патрубка:

Значение удовлетворительное, скорость не должна быть слишком большой, иначе произойдет разрушение стенок циклона.

Общее сопротивление аппарата для всех случаев равно:

∆Р=33830,49 +2944,07 +625,18=37399,74 Па

Вывод:

Действительное значение гидравлического сопротивления обычно несколько меньше теоретического вследствие неоднородности структуры "кипящего" слоя. Это различие становится меньше при развитом псевдоожижении, при удовлетворительной структуре и достаточно большой начальной высоте слоя.

Так же гидравлическое сопротивление позволяет оценить аппарат с экономической точки зрения: чем меньше Δp, тем меньшее потери энергии.

Заключение

По заданным параметрам были рассчитаны основные характеристики аппарата с псевдоожиженным слоем зернистого материала, определены линейные размеры и гидродинамические характеристики, соответствующие заданному числу псевдоожижения и значению объемного расхода. По ситовому составу зернистого слоя найдены средние диаметры частиц.

В качестве пылеуловителя был выбран циклон ЦН-15 фирмы НИИОгаз, т.к. он имеет простую конструкцию и по сравнению с аппаратами, в которых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести и инерционных сил, обеспечивает более высокую степень очистки газа, более компактен и требует меньших капитальных затрат. Но в то же время он имеет и ряд недостатков: сравнительно высокое гидравлическое сопротивление, механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.

В результате работы было рассчитано общее гидродинамическое сопротивление аппарата. Оказалось, что оно зависит от гидродинамических сопротивлений слоя зернистого материала, решетки и циклона.

Составлена схема аппарата и циклона в масштабе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Зиганшин Г.К. Методическое руководство по гидродинамическому расчету аппаратов с неподвижным и псевдоожиженным слоем зернистого материала. — Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1983. 43 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 11-е изд. — Л.: «Химия», 2004. 576 с.

3. Скобло А.И, Молоканов Ю.К., Владимиров Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. 2-е изд. — М.: «Химия», 1982. 590 с.

23