5.2 Розрахунок рукавного фільтру

Тканеві рукавні фільтри здатні забезпечити ступінь очищення до 99,9 %, головним завданням при проектуванні встановлення рукавного фільтру є правільний підбор типу фільтру, його фільтруючої поверхні відповідно до робочих умов.

Витрата газу н.у. V₀ - 10000 м³/рік;

Температура t₀ – 70 °C;

Барометричний тиск Р_бар - 101,3 кПа;

Розрядження перед фільтром ρ_г - 300 Па;

Динамічний коефіцієнт вязкості μ₀ - 17,9•10^-6 Па•с;

Щільність газу ρ₀ - 1,29 кг/м³;

Середній дисперсний розмір часток d_m = 3 мкм.

Вхідна концентрація пилу z₀ - 1,05 г/м³;

Щільність часток пилу ρ_ч = 1300 кг/м³;

Гідравлічний спротив фільтру ∆р = 1,4 кПа.

В якості фільтруючого елементу обрано тканину лавсан мах t_роб = 130 °С, в нашому випадку t_роб = 70 °С, тобто немає необхідності підсмоктування додаткових об`ємів атмосферного повітря для охолодження газу.

Витрата газу на фільтрацію при робочих умовах розраховуємо за формулою :

V_г = V_о · ((273 + Т_г) · 101,3) / (273 · (Р_бар - ρ_г)), (5.1)

де V₀ - витрата газу н.у.,( V₀ = 10000 м³/рік );

Т_г - температура, ( Т_г = 70 ⁰С );

Р_бар - барометричний тиск, ( Р_бар = 101,3 кПа );

ρ_г - розрядження перед фільтром, (ρ_г = 300 Па );

Таким чином згідно з формулою (5.1) розрахуємо витрату газу на фільтрацію:

V_г = 10000 · ((273 + 70) · 101,3) / (273 · (101,3 - 0,3)) = 12601 м³/рік.

Запиленість газу перед фільтром при робочих умовах розраховуємо згідно з формулою :

z₁ = z₀ · V`_о / V_г, (5.2)

де V₀ - витрата газу н.у., м³/год;

V_г - витрата газу на фільтрацію при робочих умовах, м³/год;

Таким чином згідно з формулою (5.2) розрахуємо запиленість газу перед фільтрацією :

z₁ = 1,05 · 10000 / 12601 = 0,83 г/м³.

Припустиме газове навантаження на фільтр (швидкість фільтрації) при даних умовах розраховуємо за формулою :

q_ф = q_н · C₁ · C₂ · C₃ · C₄ · C₅, (5.3)

де q_н - нормативне питоме навантаження – 1,7 м³/м² · хв ;

C₁ - коефіцієнт, враховуючий спосіб регенерації, зворотне продування із хитанням 0,78;

C₂ - коефіцієнт, враховуючий вхідну запиленість газу (за таблицею);

C₃ - коефіцієнт, враховуючий дисперсний склад пилу - 0,9 (при d_m < 3);

C₄ - коефіцієнт, враховуючий температуру газу - 0,81 (при t_роб = 70°С);

C₅ - коефіцієнт, враховуючий вимоги до якості очищення – 1 (при z_вих >

30 мг/м³).

Таким чином згідно з формулою (5.3) розрахуємо припустиме газове навантаження :

q_ф = 1,7 · 0,78 · 1,2 · 0,9 · 0,81 · 1 = 1,16 м³/(м² · хв) ≈ 0,019 м/с.

Повний гідравлічний спротив фільтру :

∆р = ∆р_к + ∆р_ф, (5.4)

де ∆р_к - спротив корпусу, Па;

∆р_ф - спротив фільтрувальної перегородки, Па;

Щільність газу при робочих умовах розраховуємо за формулою :

ρ_г = ρ_о · (273 · (Р_бар ± ρ_г)) / ((273 + Т_г) · 101,3), (5.5)

де V₀ - витрата газу н.у., (V₀ = 10000 м³/рік );

Т_г - температура, (Т_г = 70 ⁰С );

Р_бар - барометричний тиск,( Р_бар = 101,3 кПа );

ρ_о - щільність газу, (ρ_о = 1,29 кг/м³ );

Таким чином згідно з формулою (5.6) розрахуємо щільність газу :

ρ_г = 1,29 · (273 · (101,3 - 0,3)) / ((273 + 70) · 101,3) = 1,024 кг/м³.

Гідравлічний спротив корпусу фільтру розраховуємо за формулою :

∆р_к = ξ · ω²_вх · ρ_г / 2, (5.6)

де ω_вх - прийнята швидкість газу на вході, (ω_вх = 8 м/с );

ξ - заданий коефіцієнт спротиву (ξ = 2);

Таким чином згідно з формулою (5.6) розрахуємо гідравлічний спротив корпусу фільтру :

∆р_к = 2 · 8² · 1,024 / 2 = 65,54 Па.

Спротив фільтровальної перегородки складається з спротиву запиленої тканини ∆р₁ та спротиву накопиченого шару пилу ∆р₂. Постійні фільтрування приймаємо за табличними даними А = 2300 · 10⁶ м^-1, В = 80 · 10⁹ м/кг.

Динамічний коефіцієнт вязкості при робочих умовах приймаємо за формулою :

μ = μ₀ ((273 + с) / (Т_абс + с)) · (Т_абс / 273)^1,5, (5.7)

де μ₀ - динамічний коефіцієнт вязкості, (μ0 = 17,9 · 10^-6 Па с );

Т_абс - температура абсолютна, °К;

Таким чином згідно з формулою (5.8) розрахуємо динамічний коефіцієнт в’язкості :

μ = 17,9 ·10^-6 ((273 + 124) / (343 + 124)) · (343 / 273)^1,5 = 25 · 10^-6 Па · с.

Гідравлічний спротив фільтровальної коробки розраховуємо виходячи з відношення:

∆р = 1400 - 65,54 = 1334 Па ≈ 1,3 кПа.

Тривалість періоду фільтрування між двома регенераціями розраховуємо за формулою :

t_ф = ((∆р_ф / μ · ω_ф) - А) / (В · ω_ф · z₁), (5.8)

де μ -динамічний коефіцієнт вязкості при робочих умовах, Па·с;

ω_ф - швидкість фільтрування, м/с

А, В - постійні фільтрування (приймаємо за табличними даними А = 2300·10⁶ м^-1; В = 80·10⁹ м/кг).

Таким чином згідно з формулою (5.8) розрахуємо тривалість тривалість періоду фільтрування :

t_ф=((1334 / 25 · 10^-6 · 1,9 · 10^-3) – 2300 · 10⁶) / (80 · 10⁹ · 1,9 · 10^-3 · 1,05 · 10^-3) = 644 с.

Кількість регенерацій за одну годину роботи визначаємо за формулою :

n_р = 3600 / (t_ф + t_р), (5.9)

де t_р - завдана тривалість процесу регенерації, (t_р = 40 с );

t_ф - тривалість процесу фільтрації, с;

Таким чином згідно з формулою (5.9) розрахуємо кількість регенерацій за одну годину роботи :

n_р = 3600 / (644 + 40) = 5,3.

Витрата повітря на регенерацію, приймаючі, що швидкість зворотньої продувки равна швидкості фільтрування, розраховується за формулою :

V’_p=V_г · n_р · t_р / 3600, (5.10)

де n_р - кількість регенерації, разів/год;

V_г - витрата газу на фільтрацію при робочих умовах, м³/год (V_г = 12601 м³/рік);

t_р - завдана тривалість процесу регенерації, (t_р = 40 с );

Таким чином згідно з формулою (5.10) розрахуємо витрати повітря на регенерацію :

V’_p = 12601 · 5,3 · 40 / 3600 = 742 м³/рік.

Попередньо визначаємо необхідну фільтруючу площу за формулою (5.11):

F’_ф = (V_г + V_р) / 60 · q_ф, (5.11)

де V_г - витрата газу на фільтрацію при робочих умовах, (V_г =12601 м³/рік );

V_р - витрата повітря на регенерацію, (V_р = 7421 м³/рік );

Таким чином згідно з формулою (5.11) розрахуємо необхідну фільтруючу площу:

F’_ф = (12601 + 742) / 60 · 1,16 = 191,71 м².

За результатами попередніх розрахунків обираємо фільтр марки ФРІП-360:

Фільтруюча поверхня, F_ф - 360 м²;

Кількість рукавів, N_р – 36 шт.;

Кількість секцій, N_с - 8;

Фільтруюча поверхня секції, F_с - 45 м²;

Висота рукава, H_р - 3 м;

Діаметр рукава, D_р - 135 мм;

Габаритні розміри: L × B × H, - 5,85 × 4,37 × 13,77 м;

Площа фільтрування F_р, відмикаєма на регенерацію на протязі 1 години, розраховується за формулою :

F_р = N_с · F_с · n_р · t_р / 3600, (5.12)

де n_р - кількість регенерації, разів/рік;

t_р - завдана тривалість процесу регенерації, (t_р = 40 с );

N_с - кількість секцій, ( N_с = 8 шт );

F_с - фільтруюча поверхня секції, (F_с = 45 м²);

Таким чином згідно з формулою (5.13) розрахуємо площу фільтрування F_р, відмикаєму на регенерацію

F_р = 8 · 45 · 5,3 · 40 / 3600 = 21,2 м².

Уточнена кількість повітря витрачаємого на зворотнє продування на протязі 1 години, розраховується за формулою :

V_р = ω_ф · n_р · t_р · N_с · F_с, (5.13)

де n_р - кількість регенерації, разів/год;

t_р - завдана тривалість процесу регенерації, (t_р = 40 с);

N_с - кількість секцій, (N_с = 8 шт);

F_с - фільтруюча поверхня секції, (F_с = 45 м²);

ω_ф - швидкість фільтрування,м/с;

Таким чином згідно з формулою (5.13) розрахуємо кількість повітря витрачаємого на зворотнє продування :

V_р = 0,019 5,3 · 40 · 8 · 45 = 1450,08 м³.

Остаточна площа фільтрування визначається за формулою :

F_ф = ((V_г + V_р) / (60 · q_ф)) + F_р, (5.14)

де V_г - витрата газу на фільтрацію при робочих умовах, (V_г = 12601 м³/рік );

V_р - витрата повітря на регенерацію, (V_р = 1450 м³/рік );

F_р - фільтруюча поверхня відведена на регенерацію, м²;

Таким чином згідно з формулою (5.15) розрахуємо остаточну площу фільтрування :

F_ф = ((12601 + 1450) / (60 · 1,16)) + 21,2 = 223,08 м²,

що не перевищує площу фільтрування обраної марки фільтру.

Тривалість періоду фільтруваня повина бути вище сумарного часу регенерацій решти секцій :

t_ф > (N_с - 1) · t_р, (5.15)

N_с - сумарний час регенерацій,с;

t_р - час регенерації однієї секції,с;

644 > (8 - 1) · 40 = 280.

Фактичне питоме газове навантаження розраховується за формулою :

Q’_ф = (V_г / 60 + F_с · q_ф) / (F_ф - F_с), (5.16)

де V_г - витрата газу на фільтрацію при робочих умовах, (V_{г =} 12601 м³/рік );

F_с - фільтруюча поверхня секції, (F_с = 45 м²);

F_ф - фільтруюча поверхня перебуваюча в роботі, (F_ф = 223,08 м²);

Таким чином згідно з формулою (5.17) розрахуємо фактичне питоме газове навантаження :

Q’_ф = (12601 / 60 + 45 · 1,16) / (223,8 - 45) = 1,46 м³/(м² хв);

що є дуже близьким до розрахункової .