9. Технологический расчёт пенного аппарата

ПРИМЕР.Рассчитать основные размеры пенного аппарата, предназначенного для очистки вентиляционного воздуха от пыли, по следующим исходным данным:

- количество воздуха V₀=8000 м³/ч; V₀=8000/3600=2,222 м³/с;

- начальная температура воздуха t₁=75°C;

- влагосодержание воздуха f₁=100 г/м³;

- запыленность воздуха z₁=10 г/м³;

- плотность пыли _п=6 г/см³;

- разрежение воздуха на входе в аппарат р₁=-490 Па;

- барометрическое давление р_бар=101325 Па;

- плотность воздуха ₀=1,293 кг/м³;

- пыль гидрофильная;

- степень очистки воздуха =0,9.

- дисперсный состав пыли характеризуется следующими данными:

Размер частиц, мкм	<5	510	1020	>20
Средний размер частиц, мкм	2,5	8	15	25
% (по массе)	5	30	50	15

(Разместить схему аппарата)

РАСЧЁТ.Находим количество воздуха при рабочих условиях, поступающего в аппарат на очистку, пользуясь формулой:

,

м3/c.

Определяем площадь сечения аппарата, приняв скорость воздуха в нём v=2 м/с:

S =V/v= 3,2 : 2 = 1,6 м2.

Выбираем к установке однополочный пенный аппарат прямоугольной формы со сливной коробкой. По найденной площади поперечного сечения определяем размер сечения. Приняв длину сечения аппарата l=2 м, находим его ширину:

b =S/l=1,6 : 2 = 0,8 м.

Рассчитываем площадь всех отверстий в решётке пенного аппарата. Принимаем диаметр отверстия d=6 мм, а скорость воздуха в отверстиях решётки v₀=10 м/с.

S0=V/v0=3,2:10=0,32 м2.

Определяем число отверстий в решётке:

n=4.S0/(.d02)= (4.0,32):(3,14.0,0062)=11327 шт.

Шаг отверстий в решётке рассчитываем по формуле (7.1):

, м;м.

Количество пыли, уловленное в пенном аппарате, составит

M=V0.z1./1000=(8000.10.0,9):1000=72 кг/ч,

где =0,9 - степень очистки воздуха.

Определяем расход воды в пенном аппарате. Задаёмся содержанием пыли в шламе M₁=50 г/л = 50 кг/м³= 5010^-3кг/кг. Принимаем, что через решётку будет проваливаться 50 % воды, которая должна содержать 75 % уловленной пыли. Остальное количество воды (50 %) будет отводиться через сливную коробку и содержать в шламе 25 % уловленной пыли. Тогда количество воды, которое будет проваливаться через решётку в бункер, составит

m1=M.0,75/М1=(72.0,75):(5010-3)=1080 кг/ч.

Количество воды, отводимое через сливную коробку, m₂=1080 кг/ч. Суммарное количество воды, выводимое из аппарата, будет равно:

m=m1+m2=1080+1080=2160 кг/ч.

Определяем количество воды, которое испаряется в аппарате в процессе охлаждения газа. Количество тепла, кВт, которое воздух отдает воде в процессе своего охлаждения, рассчитываем по формуле

Q=V0.[c.(t1 - t2) + f1.(h1п - h2п)],

где c - теплоёмкость воздуха, определяемая по формуле:

,

где ,- соответственно, объёмные и массовые теплоёмкости воздуха, кДж/(м^3.K) и кДж/(кг^.K);

- плотность воздуха, кг/м³;

c==1,01·1,293=1,305 кДж/(м3·°С);

h_1пи h_2п- энтальпия водяного пара, соответственно, при начальной и конечной температуре газа:

h1п=2480 + 1,96·t1= 2480 + 1,96·75 = 2627 кДж/м3.

Для определения h_2пнаходим температуру охлаждённого воздуха. Она будет немного выше температуры мокрого термометра. Температуру мокрого термометра находим по диаграмме h-x (рисунок А.1 приложения А).

При начальной температуре воздуха t₁=75°С и влагосодержании

x1=f1/0=0,100:1,293=0,0773 кг/кг tм=50°С.

Принимаем

t2=tм+ 5=50+5=55°C.

Одновременно находим конечное влагосодержание воздуха на пересечении изотермы t₂ с линией h=const, проведенной из точки, соответствующей на диаграмме h - x t₁=75°C и x₁=0,0773 кг/кг.

x2=0,083 кг/кг или f2=x2.0=0,083.1,293=0,107 кг/м3.

h2п=2480 + 1,96.55=2588 кДж/м3.

Тогда

Q=2,222.[1,305.(75 - 55) + 0,1.(2627 - 2588)]=66,66 кВт.

Количество испарившейся воды составит:

m3= Q3,6103/rи= (66,663,6103):2350=102 кг/ч.

где

r_и=2350 - количество тепла, затрачиваемое на испарение 1 кг воды при температуре газа t=55°С (таблица А.9 приложения А), кДж/кг;

3,6^.10³- коэффициент пересчёта кВт^.ч в кДж.

Общее количество воды, подаваемой в аппарат, составит

m1+ m2+ m3=1080 + 1080 + 102=2262 кг/ч.

Находим гидравлическое сопротивление решётки вместе с водяной пеной по формуле (7.4).

Для этого принимаем:

- толщина решётки 5 мм;

- высота слоя пены 100 мм;

- температура воды на выходе из пенного аппарата

tв=tм - (510)=50 - 5=45 °С.

Плотность воды при температуре t_в=45°С находим по таблице А.6 приложения А:_в=990 кг/м³.

Рассчитываем плотность воздуха при рабочих условиях по формуле:

.
	кг/м3.

Коэффициент К_с=1,0.

Гидравлическое сопротивление решётки

, Па

p=1,45 1,01,023(102:2) + 1,2990(0,12:2) 0,83+ 150=239 Па.

Гидравлическое сопротивление пенного аппарата рассчитывают по потерям на трение и местные сопротивления в зависимости от формы и размеров аппарата; обычно оно составляет, с учётом сопротивления пенной решётки, 4901700 Па. Значение фракционной эффективности очистки газа в пенных аппаратах определяем с помощью номограммы (см. рисунок 7.3).

По принятым скорости газа в сечении аппарата v=2 м/с, высоте слоя пены H=100 мм и плотности пыли находим для частиц размером

2,5 мкм _{Ф, 1}=86%;

8 мкм _{Ф, 2}=95%;

15 мкм _{Ф, 3}=99%;

25 мкм _{Ф, 4}=99,5%.

Общую степень очистки газа в пенном аппарате рассчитывают по формуле

,

где N_Ф- число фракций;

_{Ф, i} - степень улавливания частиц i-ой фракции;

Ф_i - отношение массы пыли i-ой фракции к массе всей пыли.

=(86·0,05 + 95·0,30 + 99·0,50 + 99,5·0,15) = 97,2 %.