Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сухая очистка газов от пыли. Примеры расчета аппаратов. Учебное пособие
.pdf
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 10 20 30 40 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50
N, %
dч, мкм
R, %
dm, мкм
Рис.3. Дифференциальная кривая распределения частиц по размерам
При переходе к интегральным кривым R=f(dm), принимаем, что каждая
точка кривой показывает относительное содержание частиц с размерами боль-
ше данного размера.
На рис. 4. представлено интегральное распределение частиц в линейной
системе координат.
Рис. 4. Интегральное распределение R=f(dm), в линейной системе координат
При построении функции R=f(dm) в вероятностно - логарифмических ко-
ординатах (рис.5.) получаем прямую линию.
11
R2 = 0,9623
0
20
40
60
80
100
120
1 10 100
50
lg
lg
lg
lg
2lg
1
2
50
2
50
d
d
de
m
d
d
d
d
Ф
m
m
m
d
50
d
lg
x
t
Ф
dxe
2
2
2
1
m
m
d
d
d
t
lg
lg
50
m
m
d
d
x
22
50
lglg
lg
)(хФФ
lg dm
R, %
Рис. 5. Интегральное распределение R=f(dm), в вероятностно – логариф-
мической системе координат.
Если построить в логарифмических координатах зависимость эффектив-
ности улавливания от размера частиц, то получим зависимость ηф=f(dm), которая может быть записана в виде интеграла вероятности
, (7)
где
- средний текущий размер частицы пыли;
- диаметр частицы, осаждаемый в циклоне при заданном гидроди-
намическом режиме работы на 50 % (экспериментальная величина);
- стандартное отклонение функции распределения фракционных
коэффициентов.
Для расчета фракционной эффективности уравнение (7) можно упро-
стить, выделив величины t и x.
, (8)
где
, (9)
, (10)
В соответствии с известным дисперсным составом пыли графически
можно решить интеграл (8), используя значение функции нормального распре-
деления:
, (11)
12
Для определения значения х необходимо знать величины d50 и
lg
Ф
xФ
x
xФ
x
xФ
x
xФ
x
xФ
1 2 3 4 5 6 7
8
-2,70
0,0035
-1,06
0,1446
0,00
0,5000
1,08
0,8599
-2,60
0,0047
-1,04
0,1492
0,02
0,5080
1,10
0,8643
-2,50
0,0062
-1,02
0,1539
0,04
0,5160
1,12
0,8686
-2,40
0,0082
-1 00
0,1587
0,06
0,5239
1,14
0,8729
-2,30
0,0107
-0,98
0.1635
0,08
0,5319
1,16
0,8770
-2,20
0,0139
-0,96
0,1685
0,10
0,5398
1,18
0,8810
-2,10
0,0179
-0,94
0,1736
0,12
0,5478
1,20
0,8849
-2,00
0,0228
-0,92
0,1788
0,14
0,5557
1,22
0,8888
-1,98
0,0239
-0,90
0,1841
0,16
0,5636
1,24
0,8925
-1,96
0,0250
-0,88
0,1894
0,18
0,5714
1,26
0,8562
-1,94
0,0262
-0,86
0,1949
0,20
0,5793
1,28
0,8997
-1,92
0,0274
-0,84
0,2005
0,22
0,5871
1,30
0,9032
-1,90
0,0288
-0,82
0,2061
0,24
0,5948
1,32
0,9066
-1,88
0,0301
- 0,80
0,2119
0,26
0,6026
1,34
0,9099
-1,86
0,0314
-0,78
0,2177
0,28
0,6103
1,36
0,9131
-1,84
0,0329
-0,76
0,2236
0,30
0,6179
1 ,38
0,9162
-1,82
0,0344
-0,74
0,2297
0,32
0,6255
1
,40
0,9192
-1,80
0,0359
-0,72
0,2358
0,34
0,6331
1,42
0,9222
-1,78
0,0375
-0,70
0,2420
0,36
0,6406
1 ,44
0,9251
-1,76
0,0392
-0,68
0,2483
0,38
0,6480
1,46
0,9279
-1,74
0,0409
-0,66
0,2546
0,40
0,6554
1,48
0.9306
-1,72
0,0427
-0,64
0,2611
0,42
0,6628
1,50
0,9332
-1,70
0,0446
-0,62
0,2676
0,44
0,6700
1,52
0,9357
-1,68
0,0465
-0,60
0,2743
0,46
0,6772
1,54
0,9382
-1,66
0,0485
-0,58
0,2810
0,48
0,6844
1,56
0,9406
, кото-
рые находят экспериментально и значения d50 пересчитывается по уравнению
(12)
Определение фракционной эффективности
по уравнению (12) ведется
с использованием таблиц функций нормального распределения
, приведен-
ной в литературе [2, 3] и в таблице №2.
Следует иметь в виду, что при расчете эффективности улавливания форма
частиц не учитывается, хотя известно, что частицы, например, в форме чешуек,
волокон или пластин улавливаются хуже, чем шарообразные частицы. Однако,
все частицы мы принимаем шарообразной формы и определенный размер частицы характеризуется скоростью ее осаждения и плотностью (размер частиц
по Стоксу).
Таблица № 2
Значение функции нормального распределения
13
-1,64
0,0505
-0,56
0,2877
0,50
0,6915
1,58
0,9429
-1,62
0,0526
-0,54
0,2946
0,52
0,6985
1 ,60
0,9452
-1,60
0,0548
-0,52
0,3015
0,54
0,7054
1,62
0,9474
-1,58
0,0571
-0,50
0,3085
0,56
0,7123
1,64
0,9495
-1,56
0,0594
-0,48
0,3156
0,58
0,7190
1,66
0,9515
-1,54
0,0618
-0,46
0,3228
0,60
0,7257
1,68
0,9535
-1,52
0,0643
-0,44
0,3300
0,62
0,7324
1,70
0,9554
-1,50
0,0668
-0,42
0,3372
0,64
0,7389
1,72
0,9573
-1,46
0,0721
-0,38
0,3520
0,68
0,7517
1,76
0,9608
-1,44
0,0749
-0,36
0,3594
0,70
0,7580
1,78
0,9625
-1,42
0,0778
-0,34
0,3669
0,72
0,7642
1,80
0,9641
-1,40
0,0808
-0,32
0,3745
0,74
0,7703
1,82
0,9656
-1,38
0,0838
-0,30
0,3821
0,76
0,7764
1,84
0,9671
-1,36
0,0869
-0,28
0,3897
0,78
0,7823
1,86
0,9686
-1,34
0,0901
-0,26
0,3974
0,80
0,7881
1,88
0,9699
-1,32
0,0934
-0,24
0,4052
0,82
0,7939
1,90
0,9713
-1,30
0,0968
-0,22
0,4129
0,84
0,7995
1,92
0,9726
-1,28
0,1003
-0,20
0,4207
0,86
0,8051
1,94
0,9738
-1,26
0,1038
-0,18
0,4286
0,88
0,8106
1,96
0,9750
-1,24
0,1075
-0,16
0,4364
0,90
0,8159
1,98
0,9761
-1,22
0,1112
-0,14
0,4443
0,92
0,8212
2,00
0,9772
-1,20
0,1151
-0,12
0,4522
0,94
0,8264
2,10
0,9821
-1,18
0,1190
-0,10
0,4602
0,96
0,8315
2,20
0,9861
-1,16
0,1230
-0,08
0,4681
0,98
0,8365
2,30
0,9893
-1,14
0,1271
-0,06
0,4761
1,00
0,8413
2,40
0,9918
-1,12
0,1314
-0,04
0,4840
1,02
0,8461
2,50
0,9938
-1,10
0,1357
-0,02
0,4920
1,04
0,8508
2,60
0,9953
- 1,08
0,1401
-0,00
0,5000
1,06
0,8554
2,70
0,9965
*
ц
Д
Ниже приведена таблица плотности твердых материалов (таблица №3)
Значение плотности материала (пыли) необходимы при пересчете экспе-
риментального значения d50 на новую расчетную величину, соответствующую
данной системе пылеулавливания.
Например, для циклонов марки ЦН-15 экспериментально определены d50*
= 4,5 мкм и lgη = 0,352. Эксперимент проводился для циклонов
= 600мм
при средней скорости газа в аппарате Wг* = 3,5 м/с, вязкости газа г* = 22,210-6
Пас и плотности частиц пыли
* = 1930 кг/м
ч
3
.
14
Таблица № 3
Материал
Плотность кг/м
3
Материал
Плотность
кг/м
3
Апатит
3190
Сода кристалличе-
ская
1450
Винипласт
1380
Соль каменная
2350
Гипс кристалличе-
ский
2240
Сосна
500
Глина сухая
1800
Текстолит
1380
Зола
2200
Уголь древесный
1450
Известняк
2650
Уголь каменный
1350
Кокс
1300
Фаолит
1730
Колчедан
5000
Фосфорит
1600
Песок сухой
1500
Цемент
2900
Поташ
2260
Селитра натриевая
2260
ч
чгг
ц
ц
г
г
Д
Д
W
W
dd
*
**
*
*
5050
Для новой системы d50 можно определить по эмпирическому уравнению:
[мкм], (12)
1.4. Пример расчета и подбора стандартного батарейного циклона
1.4.1. Исходные данные для расчета
Рассчитать батарейный циклон типа ЦН-15, установленный на линии
очистки вентиляционных газов, отсасываемых из производственного цеха вен-
тилятором.
Объем отходящих газов G
н.у.
, [нм3/ч]
г
Химический состав газа, [%об.]
Температура газа tг, [С]
Разряжение в батарейном циклоне P
разр
, [Па]
Динамическая вязкость газов г, [Пас]
Дисперсный состав пыли, [в долях]
Диаметры улавливаемых частиц, [мкм]
Концентрация пыли на входе в циклон C
н,
[г/м
3
]
Плотность твердых частиц (пыли) ч, [кг/м3]
15
1.4.2. Расчет батарейного циклона
..
..
..
..
...
ун
ур
ур
ун
ун
Г
ур
Г
T
T
P
P
GG
г
ур
ц
W
G
F
3600
..
сТ
ц
ур
Г
Г
F
G
W
3600
..
..ун
г
OH
OH
Ar
Ar
O
O
N
N
ун
Г
X
M
X
M
X
M
X
M
2
2
2
2
2
2
4.224.224.224.22
..
..
..
..
..
....
ур
ун
ун
ур
ун
Г
ур
Г
T
T
P
P
1.4.2.1. Расчет объема отходящих газов при реальных условиях:
T
= 273 К
н.у.
P
= 105 Па
н.у.
P
. = Pатм. – Pразр.
р.у
Обозначения:
н.у. – нормальные условия
р.у. – реальные условия
разр. - разряжение
атм. – атмосферное давление
1.4.2.2. Рассчитываем площадь поперечного сечения циклона F
Предварительно принимаем скорость газа в циклоне Wг.
Рекомендуется принимать Wг = 2,5 – 3,0 м/с (для циклонов, установлен-
ных в вентиляционных системах)
, [м3/ч] (13)
ц
, [м2], (14)
По каталогу «Газоочистное оборудование» [2] по площади поперечного
сечения по таблицам выбираем стандартный батарейный циклон типа ЦН-15.
Параметры выбранного циклона:
ст
F
– площадь поперечного сечения цилиндрической части стандартного
ц
циклона.
Dц – диаметр циклона в батарее.
n – количество циклонов в батарее.
1.4.2.3. Рассчитываем истинную скорость газа в выбранном стандартном
циклоне.
, [м/с] (15)
1.4.2.4. Определим плотность газа г при нормальных условиях. Для су-
хого воздуха
равно 1,29 кг/нм3. Для влажного воздуха:
, [кг/нм3] (16)
где 22,4 – объем 1 моля газа при н.у., [л/моль или м3/кмоль];
M – мольная масса газа при н.у., [г/моль или кг/кмоль];
X – объемная доля определенного газа в газовом потоке.
При реальных условиях плотность газа равна:
, [кг/м3] (17)
16
..
2
2
ур
Г
г
ц
W
P
321
kkk
ц
№4);
Запыленность га-
зов, г/м
3
0
10
20
40
80
120
150
Коэффициент k2
1,0
0,93
0,92
0,91
0,9
0,87
0,86
750500
Г
ц
P
Г
ц
P
1.4.2.5. Находим гидравлическое сопротивление циклона Pц
, Па (18)
, (19)
где ц - коэффициент сопротивления циклонов;
k1 – поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона;
k1 = 1,0 , если диаметр циклона Dц > 300мм;
k1 = 0,93 , если диаметр циклона Dц 300мм;
k2 – поправочный коэффициент на запыленность газа (смотри в таблицу
k3 – поправочный коэффициент для группы циклонов;
k3 = 35 – обычный отвод очищенных газов из сборника;
k3 = 28 – отвод очищенного газа из сборника в виде «улитки».
ц = 155 для циклона с камерой очищенного газа в виде сборника;
ц = 150 для циклона с камерой очищенного газа в виде «улитки».
Таблица № 4
1.4.2.6. Определим отношение гидравлического сопротивления циклона
Pц к плотности г.
Батарейные циклоны устойчиво работают в системах очистки отходящих
газов в выхлопную трубу при отношении
,
причем с целью увеличения эффективности улавливания в циклоне жела-
тельно, чтобы величина
приближалась к 750.
1.4.2.7. Для расчета эффективности очистки батарейного циклона необхо-
димо знать два параметра d
*
d
- диаметр частиц, осаждаемых в данном циклоне при заданном гид-
50
и lgη.
50
родинамическом режиме работы аппарата на 50% определен экспериментально.
Для циклона ЦН-15 испытания проводились при Дц = 600мм;
*
= 22,210-6 Пас - динамическая вязкость газа;
г
*
W
= 3,5 м/с – скорость газа в цилиндрическом сечении;
г
*
- 1930 кг/м3 – плотность частиц.
г
При этом d
*
= 4,5мкм, lg
50
*
= 0,352.
η
Для нашего случая средний размер частиц пыли dm и стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки lgm в
зависимости от dm определяется по интегральному распределению пыли в газо-
17
вом потоке (см.рис.5) и заносится в таблицу №5 графы 2 и 3, а дисперсный со-
№
п/п
Средний
диаметр
частиц
фракций,
dm
Дисперсия,
lgm.
X
Фракционная
степень
очистки
η
ф
Колич.
пыли
до
очистки
Gн
Колич.
пыли
после
очистки
Gк
Дисперсный
состав пыли
после
очистки к
-
мкм
доли
-
доли
г/с
г/с
доли
1 2 3 4 5
6 7 8 1
2
3 4
5
6
Итого - 1,0
-
η
Gн
Gк
1,0
3600
..нур
Г
н
CG
G
mн
ф
н
GG
lg
ф
ф
н
ф
к
GG
1
n
i
mфi
1
lg
став пыли. d
пересчитывается по уравнению (12).
50
Если распределение подлежащих к улавливанию частиц пыли на входе в
аппарат является нормально-логарифмическим, то эффективность очистки для
данной фракции можно рассчитать.
Определяем значение параметра х, уравнение (10), для каждой фракции
твердых частиц и по таблице № 2 определяем фракционную степень очистки ηф
= Ф(х) для каждой фракции.
Полученные данные заносим в таблицу № 5 (графы 4 и5).
Таблица № 5
очистки.
лицы №5)
таблицы №5)
1.4.2.8. Рассчитываем суммарное количество пыли в газовом потоке до
, [г/с] (20)
где С
– концентрация пыли на входе в аппарат, г/м3.
н
Количество пыли в газовом потоке до очистки по фракциям (графа 6 таб-
, [г/с] (21)
Количество пыли в газовом потоке после очистки по фракциям (графа 7
, [г/с] (22)
1.4.2.9. Общий коэффициент очистки газового потока
, (23)
где n – количество фракций пыли.
18
1.4.2.10. Дисперсный состав пыли после очистки – это отношение коли-
к
ф
к
к
GG
чества пыли по фракциям после очистки к общему количеству пыли после
очистки.
, (24)
1.4.2.11. Далее рекомендуется вычертить эскиз аппарат по соответствую-
щим размерам, указанным в каталоге «Газоочистное оборудование». [2]
19
2. ОЧИСТКА ГАЗОВ В ФИЛЬТРАХ
ldm
mГ
кБ
d
TCk
D
3
l
dm
m
к
e
d
l
C
2
1.1
4,0257,1
2
1
5,0
2
TR
M
l
г
г
г
г
2.1. Основные механизмы улавливания твердых частиц
при фильтрации газа
В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтра-
ции газов через пористую перегородку, в ходе, которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.
В настоящем пособии наиболее подробно будут рассмотрены рукавные
фильтры, получившие широкое распространение в промышленности.
Основные механизмы, действующие при фильтрации газа через пористые
перегородки на твердые частицы следующие. Частицы осаждаются на поверх-
ности или в объеме пористых сред за счет: Броуновской диффузии, эффекта ка-
сания или зацепления, инерционных, электростатических и гравитационных
сил.
2.1.1. Броуновская диффузия – тепловое движение частиц, вызванное их
столкновением с молекулами газа – этот механизм является преобладающим,
если размеры частиц менее 0,5 мкм.
Броуновская диффузия характеризуется коэффициентом диффузии D.
При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути
пробега молекул
коэффициент диффузии можно выразить следующим
уравнением:
2
, [м
/с] (25)
где kБ = 1,3810
-23
[Дж/К] – постоянная Больцмана;
T – температура газа, [K];
Cк - поправка Кенингема-Милликена учитывает повышение подвижности
частиц, размер которых сравним со средней длиной пробега газовых молекул l;
г – вязкость газа, [Пас].
Поправку Cк можно рассчитать по уравнению:
, (26)
где l рассчитывается по уравнению:
, [м] (27)
где Mг – масса 1 кмоль газа [кг/кмоль];
Rг = 8314 [Дж/кмольК] – универсальная газовая постоянная;
Для воздуха при t = 20C и нормальном атмосферном давлении l = 6,510-8
[м].
Ниже приведены значения поправки Кенингема-Милликена для воздуха
при нормальных условиях.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]