Лабораторна робота №6
ТЕМА: ВИЗНАЧЕННЯ МІНІМАЛЬНОГО РОЗМІРУ ЧАСТИНОК ПИЛУ, ЩО ВЛОВЛЮЮТЬСЯ ЦИКЛОНОМ
Мета: визначити мінімальний розмір частинок пилу, що уловлюються циклоном; оцінити вплив діаметру циклону і швидкості руху газу на мінімальний розмір частинок пилу, що вловлюються циклоном.
Теоретична частина
Циклонний пиловловлювач призначений для механічного очищення від твердих частинок викидів силікатних, металургійних і інших виробництв. Видалення пилу з газу відбувається на стінках корпусу циклону, куди відкидаються частинки під дією відцентрових сил, що виникають в результаті обертального руху газового потоку (рис. 1). Пил, що видаляється, вздовж стінок циклону опускається в бункер і видаляється з апарату через пиловий затвор.
Рис. 1. Схема циклону
Відцентрове прискорення в 100…1000 разів більше прискорення сили тяжіння. Тому навіть маленькі частинки відкидаються з газового потоку на стінки циклону. Перевагою циклону є відсутність рухомих частин.
У циклонах ефективно можна уловлювати частинки розміром більше 5 мкм, але найповніше уловлюється пил, що має розміри частинок 15…20 мкм і вище. Проте, найбільшу екологічну небезпеку представляють частинки розміром менше 1 мкм.
Ефективність вловлювання позначається η. Вона перебуває в залежності від швидкості газу 
і є оберненопропорційною
діаметру циклону 1 .
D
Порядок виконання роботи:
1. Виписати вихідні дані згідно з варіантом в таблицю 1. Таблиця 1
D, м |
ω, м/с |
d, мкм |
k |
µ, Па∙с |
ρ, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
2. Розрахувати мінімальний розмір |
частинок |
пилу, що |
||||
вловлюються циклоном за формулою: |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
dmin d k 103 10 3 D |
|
|
|
|||
|
|
, |
(1) |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
де D – діаметр циклону, м; ω – швидкість руху газу, м/с; d – середній розмір частинок пилу, що вловлюються на 50%, мкм; k – коефіцієнт, що враховує тип циклону; µ – в’язкість газу, Па∙c; ρ – густина пилових частинок, кг/м3.
3. Оцінити вплив діаметру циклону і швидкості руху газу (рис. 2) на мінімальний розмір частинок пилу, що вловлюються циклоном (у першому випадку, якщо D змінюється від вихідного параметру до 2 з кроком 0,1 при ω=const; у другому випадку, якщо ω від 1,2 до 10 з кроком 1 при D=const).
Рис. 2. Графіки залежності ефективності пиловловлювання
4. Зробити висновки.
Вихідні дані
Варіант |
d, мкм |
D, м |
ω, м/с |
k |
µ, Па∙с |
ρ, кг/м3 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
6 |
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
9 |
|
|
|
|
|
|
5 |
2 |
1 |
1,2 |
41,4 |
22,2∙10-6 |
0,2150 |
|
6 |
7 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
7 |
5 |
|
|
|
|
|
|
8 |
2 |
|
|
|
|
|
|
9 |
8 |
|
|
|
|
|
|
10 |
4 |
|
|
|
|
|
Лабораторна робота №7
ТЕМА: РОЗРАХУНОК ВИХРОВОГО ПИЛОВЛОВЛЮВАЧА
Мета:
Теоретична частина
Вихрові пиловловлювачі також як і циклони відносять до апаратів відцентрової дії (рис. 1). Відмітна особливість вихрових пиловловлювачів – висока ефективність очищення газу від найдрібніших фракцій, що дозволяє їм в окремих випадках конкурувати з фільтрами.
Рис. 1. Схема вихрового пиловловлювача
Існують два різновиди вихрових пиловловлювачів: сопловий і лопатковий. Процес знепилювання відбувається наступним чином: запилений газ надходить в камеру 5 через вигнутий патрубок 4. Для попереднього закручування запиленого газу в камеру вбудований сопловий або лопатковий завихрювач 2. У ході свого руху вгору до вихідного патрубка 6 газовий потік піддається дії випливаючого із завихрювача 1 (похилі сопла у вихрових пиловловлювачів соплового типу або похилі лопатки у вихрових пиловловлювачів лопаткового типу) струменів вторинного повітря, які надають потоку обертального руху. Під дією відцентрових сил, що виникають при закручуванні потоку, частки пилу направляються до його периферії,
звідки спіральними струменями вторинного повітря переміщуються вниз апарату в кільцевий міжтрубний простір 3.
Порядок виконання роботи:
1.Виписуємо вихідні дані відповідно до варіанту.
2.Робимо креслення вихрового пиловловлювача.
3.Розраховуємо відповідно до методики ефективність очистки і гідравлічний опір вихрового пиловловлювача. Для цього визначаємо діаметр вихрового пиловловлювача за формулою:
D |
4 V |
, (1) |
|
||
|
|
|
де V – об’ємні витрати запиленого газу, м3/с; w – швидкість газу в робочій зоні пиловловлювача (5…12 м/с).
2. Розраховуємо дійсну швидкість газу в апараті:
v |
4 V |
. |
(2) |
||
D 2 |
3600 |
||||
|
|
|
|||
3. Визначаємо значення коефіцієнтів: |
|
||||
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
; |
(3) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
(1 a) |
|
|||
|
|
x2 |
|
|
(1 a ) |
|
, |
(4) |
|||
|
|
(1 a) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
де коефіцієнт a |
F2 |
|
; |
F1, |
F2 – |
|
перехідні перерізи патрубків |
||||
F1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхнього і нижнього потоків; коефіцієнт v ; ν1 – швидкість газу v1
вверхньому патрубку.
4.Визначаємо діаметр введення нижнього потоку:
D1 x1 D . (5)
5. Визначаємо діаметр патрубка виведення очищеного повітря:
Dвих x2 D . (6)
6. Розраховуємо висоту робочої зони апарату:
H р.з. (2,8...3,1) D . (7) 7. Визначаємо діаметр відбійної шайби:
Dш (0,9...0,95) D . (8)
8. Визначаємо площу введення верхнього і нижнього потоків:
|
|
|
|
|
D |
2 |
2 |
; |
(9) |
|||
F2 F Fвих |
|
|
|
|
|
|
Dвих |
|||||
|
|
|
||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
D 2 |
|
|
|
|
||||||
F1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
. |
|
(10) |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
9. Визначаємо фактичне співвідношення величини а:
a |
F2 |
. |
(11) |
|
|||
|
F1 |
|
|
10. Визначаємо діаметр витискача:
dвит 0,1 D . (12) 11. Розраховуємо втрати тиску в апараті:
а) конструктивний параметр інтенсивності крутки потоку:
|
|
2 |
|
|
|
3 |
d |
3 |
|
n |
|
8 D1 |
|
|
|
D1 |
вит |
||
3 |
D 2 |
d 2 |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
вит |
|
tg . (13)
де β – кут, під яким встановлені лопатки завихрювача нижнього і верхнього потоків;
б) коефіцієнт гідравлічного опору нижнього потоку:
|
2 |
|
V |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
1 |
5,5 n 260 4,8 n 3,8 |
|
|
|
|
0,3 |
|
; |
(14) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
V |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
в) коефіцієнт гідравлічного опору верхнього потоку:
|
|
|
V |
2 |
|
2 |
|
1 |
2,6 158 |
0,6 |
|
|
; (15) |
||
V |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
г) загальний коефіцієнт гідравлічного опору:
|
|
|
V |
2 |
|
3 |
F |
|
2 |
|
|
|
|
V |
2 |
|
3 |
F |
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
; |
(16) |
|||
|
V |
F |
|
V |
F |
||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
д) гідравлічний опір апарату: |
|
|
0,5 . |
|
|
(17) |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
P v2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
12. Розраховуємо ефективність пиловловлювача:
а) площу введення нижнього потоку необхідно розбити на кільцеві ділянки з радіусами r1i=0,02; 0,035; 0,055;
б) визначаємо значення емпіричних коефіцієнтів а і b, які характеризують аеродинаміку апарату:
|
V2 |
|
|
; (18) |
|
а 5,5 |
2,8 |
|
|||
|
|||||
|
V1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V2 |
|
|
|
1 |
; |
|
b |
|
|
|
|
|||||
5,5 |
|
0,4 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
V1 |
|
|
|
R |
|
|
в) знаходимо радіус розподілу потоків:
|
|
V2 |
|
|
|
R0 |
|
|
R |
||
V |
|||||
1 1,19 |
|
||||
|
|
1 |
|
|
(19)
; (20)
г) розраховуємо корегувальний коефіцієнт для визначення мінімального діаметру частинок, які вловлюються, для r1i=0,015 м:
K1i |
b r1i |
R0 |
|
|
1 |
ln |
R0 a b r1i |
|
; |
(21) |
||||
a (a R |
0 |
) a b r |
|
a2 |
b r |
a b R |
0 |
|
||||||
|
|
|
1i |
|
|
|
|
1i |
|
|
|
|
||
д) розраховуємо мінімальний діаметр частинок, які вловлюються,
що вилітають з радіусу r1i=0,015 м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
R0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1 |
a) K |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
r |
|
||||||||||
|
7,52 R |
3 |
|
V2 ln |
|
|
1i |
(22) |
||||||||
d1i |
|
|
|
|
|
1i |
|
|
|
|
|
|
; |
|||
V R0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R0 |
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
T |
H ln(1 a) ln |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1i |
|
|
|
|
е) аналогічно розраховуємо K1i і d1i |
|
для |
радіусів |
r1i=0,02 м; |
||||||||||||
0,035 м; 0,055 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж) розраховуємо фракційну ефективність вловлювання частинок, які надходять в пиловловлювач з нижнім потоком, r1i=0,015 м:
|
|
|
r 2 |
r 2 |
100 ; (23) |
фі |
1 |
1i |
|||
r 2 |
r 2 |
||||
|
|
1 |
вит |
|
|
з) аналогічно проводимо розрахунки для радіусів r1i=0,02 м; r1i=0,035 м; r1i=0,055 м.
к) визначаємо корегувальний коефіцієнт для розрахунку мінімального діаметру частинок, які вловлюються. Введення верхнього потоку розбиваємо на кільцеві ділянки з радіусами r2i=0,11 м; 0,12; 0,13; 0,14. Для r2i=0,11 м:
K2i |
b r2i |
Rш |
|
|
1 |
ln |
Rш a b r2i |
|
; |
(24) |
||||
a (a b R |
ш |
) a b r |
|
a2 |
r |
a b R |
ш |
|
|
|||||
|
|
2i |
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
||
л) розраховуємо мінімальний діаметр частинок, які вловлюються, що вилітають з радіуса r2i=0,11 м:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R Rш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
V |
|
|
R |
|
ln |
|
1,15 |
|
R R |
|
|
K |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
4,95 R |
3 |
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
R r |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
2i |
||
r2і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; (25) |
||
V |
|
|
|
T H R |
2 |
2 |
R0 ln |
|
R R |
ш |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
R0 |
R r |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
||
м) аналогічно розраховуємо значення К2і і d2і для радіусів r2i=0,12; 0,13; 0,14;
н) визначаємо фракційну ефективність пиловловлювання частинок, які надходять в пиловловлювач з верхнім потоком для
r2i=0,11 м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
r 2 |
100 ; (26) |
ф 2 |
і |
|
2i |
|||
R2 |
r 2 |
|||||
|
|
|
|
|
вих |
|
п) аналогічно розраховуємо ефективність пиловловлювача частинок, які вилітають з радіусів r2i=0,12; 0,13; 0,14 м;
р) розраховуємо ефективність пиловловлювання апарату для нижнього потоку:
n |
|
1 ф1 j R j ; |
(27) |
j 1 |
|
с) розраховуємо ефективність пиловловлювання апарату для верхнього потоку:
|
n |
|
2 |
ф 2 j R j ; |
(28) |
|
j 1 |
|
т) розраховуємо загальну ефективність апарату:
|
V |
|
|
|
V |
2 |
|
|
|
|
|
; |
(29) |
||
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
100 |
|||
|
|
|
|||||||||||||
|
V |
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
13. Робимо висновок про ефективність очищення, в якому необхідно дати рекомендації щодо конструктивної зміни вихрового пиловловлювача для підвищення ефективності очищення.
Вихідні дані
|
Об’єм газу, |
Швидкість повітря |
|
Густина |
Запиленість |
Тиск в |
|
|
який |
Температура |
|||||
Варіант |
в робочому перерізі |
частинок, |
повітря, |
апараті, |
|||
очищається, |
газів, oС |
||||||
|
м3/с |
апарату, м/с |
|
кг/м3 |
кг/кг |
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
0,6 |
7 |
80 |
4000 |
0,0160 |
0,08 |
|
2 |
0,61 |
7,2 |
85 |
4100 |
0,0161 |
0,081 |
|
3 |
0,62 |
7,4 |
90 |
4200 |
0,0162 |
0,082 |
|
4 |
0,63 |
7,6 |
80 |
4300 |
0,0163 |
0,083 |
|
5 |
0,64 |
7,8 |
85 |
4400 |
0,0164 |
0,084 |
|
6 |
0,65 |
8 |
90 |
4500 |
0,0165 |
0,085 |
|
7 |
0,66 |
8,2 |
80 |
4000 |
0,0166 |
0,086 |
|
8 |
0,67 |
8,4 |
85 |
4100 |
0,0167 |
0,087 |
|
9 |
0,68 |
8,6 |
90 |
4200 |
0,0168 |
0,088 |
|
10 |
0,69 |
8,8 |
80 |
4300 |
0,0169 |
0,089 |
|
11 |
0,6 |
7 |
85 |
4400 |
0,0160 |
0,090 |
12 |
0,61 |
7,2 |
90 |
4500 |
0,0161 |
0,091 |
13 |
0,62 |
7,4 |
80 |
4000 |
0,0162 |
0,092 |
14 |
0,63 |
7,6 |
85 |
4100 |
0,0163 |
0,093 |
15 |
0,64 |
7,8 |
90 |
4200 |
0,0164 |
0,094 |
16 |
0,65 |
8 |
80 |
4300 |
0,0165 |
0,095 |
17 |
0,66 |
8,2 |
85 |
4400 |
0,0166 |
0,096 |
18 |
0,67 |
8,4 |
90 |
4500 |
0,0167 |
0,097 |
19 |
0,68 |
8,6 |
80 |
4000 |
0,0168 |
0,098 |
20 |
0,69 |
8,8 |
85 |
4100 |
0,0169 |
0,099 |
21 |
0,6 |
7 |
90 |
4200 |
0,0160 |
0,1 |
22 |
0,61 |
7,2 |
80 |
4300 |
0,0161 |
0,101 |
23 |
0,62 |
7,4 |
85 |
4400 |
0,0162 |
0,102 |
24 |
0,63 |
7,6 |
90 |
4500 |
0,0163 |
0,103 |
25 |
0,64 |
7,8 |
80 |
4000 |
0,0164 |
0,104 |
26 |
0,65 |
8 |
85 |
4100 |
0,0165 |
0,105 |
27 |
0,66 |
8,2 |
90 |
4200 |
0,0166 |
0,106 |
28 |
0,67 |
8,4 |
80 |
4300 |
0,0167 |
0,107 |
29 |
0,68 |
8,6 |
85 |
4400 |
0,0168 |
0,108 |
30 |
0,69 |
8,8 |
90 |
4500 |
0,0169 |
0,109 |