Промышленная экология. Расчет аппаратов для очистки газов (90

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

РАСЧЕТ АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Методические указания

Казань

КГТУ

2007

УДК 614.72. 628. 54

Составители: ст.преп. С.А.Антонова доц. Н.В.Шильникова ассист. С.Ю.Софьина доц. В.С.Гасилов

Промышленная экология. Расчет аппаратов для очистки газов : методические указания / сост. С. А. Антонова [и др.]. – Казань : Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. – 32 с.

Методические указания (расчет аппаратов для очистки газов) содержат методики расчета оборудования по очистке газов от пылей и паров. Рассмотрены примеры решения задач и приведены индивиду- альные варианты заданий для студентов.

Предназначены для студентов механических специальностей

(170500, 171700, 101500, 100800) всех форм обучения и могут исполь-

зоваться для студентов специальности (330500) «Безопасность техно- логических процессов и производств».

Подготовлены на кафедре промышленной безопасности КГТУ.

Печатаются по решению методической комиссии факультета химических технологий института химического и нефтяного маши- ностроения

Рецензенты: доц. кафедры МАХП КГТУ (КХТИ) В. В. Алексеев, доц. кафедры ТГВ КГАСУ Л. Э. Осипова

2

Аппараты для очистки газов от пылей и паров

1. Расчет циклонов

Циклон является одним из наиболее распространенных пылеулавливающих аппаратов. Частицы пыли выделяются в ци- клоне под действием центробежной силы при вращении газово- го потока. Циклон эффективно работает при размере частиц 1520 мкм и более.

В промышленности применяют циклоны различных ти- пов: НИИОГАЗ ЦКТИ, СИОТ и ВЦНИИОТ. Наибольшее рас-

пространение получили цилиндрические и конические цикло-

ны НИИОГАЗ.

Кцилиндрическим циклонам НИИОГАЗ относятся ап-

параты типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24. Отличительной особенностью этих аппаратов является удлиненная цилиндриче-

ская часть корпуса; крышка и входной патрубок расположены соответственно под углом 11, 15 и 24о. Циклоны ЦН-15У имеют несколько меньшую высоту и более низкие технико- экономические показатели по сравнению с другими аппаратами типа ЦН.

Кконическим циклонам НИИОГАЗ относятся аппараты типов СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-34М. Они отличаются от циклонов типа ЦН длиной конической части, наличием спи- рального входного патрубка и малым отношением диаметров выхлопной трубы и корпуса циклона (соответственно 0,334, 0,340 и 0,22). Циклон СК-ЦН-34 М применяют для улавливания пылей с высокими абразивными свойствами или высокой сли- паемостью. Потери давления в этом циклоне значительно выше, чем в других конических циклонах.

Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводи-

тельным аппаратам, а конические – к высокоэффективным.

Диаметр цилиндрических циклонов обычнонепревышает 2000 мм,

адиаметр цилиндрической части конических – 3000 мм.

4

Один из широко практикуемых в России и СНГ методов расчета выполняется по схеме последовательных приближений. Для расчетов конструкции циклонов НИИОГАЗ необходимы следующие исходные данные:

-количество очищаемого газа при рабочих условиях W, м3/с;

-плотность газа при рабочих условиях ρ, кг/м3 ;

-динамическая вязкость газа при рабочей температуре µ,

Паּс;

-дисперсный состав пыли, задаваемый двумя параметрами: dm и lgσч (dm – медианный диаметр, при котором масса всех час- тиц пыли меньше или крупнее dm составляет 50%; lgσч – стан- дартное отклонение величины lgd);

-запыленность газа Свх, г/м3;

-плотность частиц ρч, кг/м3;

-требуемая эффективность очистки газа η.

Конструкцию циклона рассчитывают методом последова- тельных приближений в следующем порядке:

1. Задаются типом циклона и вычисляют его диметр:

где wopt – оптимальная усредненная скорость потока в ци- клоне, м/с (табл.1.1);

N – число устанавливаемых циклонов. Величину wopt принимают по опытным данным.

Полученное расчетное значение DCL округляют до стан- дартного диаметра D.

Диаметр циклона округляют до величин 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400,

и3000 мм.

2.Подсчитывают скорость потока в циклоне со стан- дартным диаметром D:

5

Если полученное значение скорости более чем на 15% отличается от оптимальной, необходимо выбрать другой типо- размер циклона.

Таблица 1.1

Параметры, определяющие эффективность циклонов

Примечание. D50r – медианный диаметр частиц, улавли- ваемых на 50% в стандартных условиях; значения D50 соответ- ствуют следующим условиям работы циклонов: средняя ско- рость газа в циклоне w = 3,5 м/с; диаметр циклона D = 0,6 м; плотность частиц ρч = 1930 кг/м3; динамическая вязкость газа µг = 22,2ּ10-6 Па·с.

3. Определяют коэффициент гидравлического сопротив-

где ξ 500 – коэффициент гидравлического сопротивления оди-

ночного циклона диаметром 500 мм, выбираемый по табл. 1.2; К1 – поправочный коэффициент, зависящий от диаметра

циклона (табл. 1.3);

6

К2 – поправочный коэффициент, учитывающий запылен- ность газа (табл. 1.4);

К3 – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для оди- ночных циклонов К3 = 0):

Круговая компоновка, нижний организованный подвод газа к каждо-

му циклону……………………………………………………………...60

Прямоугольная компоновка, отвод очищенных газов из общей каме-

ры………………………………………………………………………..35

Прямоугольная компоновка, улиточный отвод от каждого циклона.28 Прямоугольная компоновка, свободный подвод потока газа в общую камеру…………………………………………………………...………60

Таблица 1.2

Коэффициенты сопротивления циклонов D = 500 мм (ω=3 м/с)

Примечание. Индекс «с» означает, что циклон работает в гидравлической сети, а индекс «п» – циклон работает на вы- хлоп в атмосферу.

7

Таблица 1.3

Поправочный коэффициент К1, зависящий от диаметра циклона

Таблица 1.4

Поправочный коэффициент К2, учитывающий запыленность газов (D = 500 мм)

где ρ – плотность газа-носителя, кг/м3.

Если потери давления Δр оказались приемлемыми, то есть обеспечиваются напором вентилятора (дымососа), принято- го к установке в данной системе, переходят к расчету полного коэффициента очистки газа в циклоне.

8

где D50, ση – средний диаметр и дисперсия осаждаемых в ци- клоне частиц, которые принимают по справочным (опытным) данным. При необходимости их пересчитывают на проектируе- мые условия по формуле:

где индекс «r» означает стандартные условияработы циклона; D50r, Dr, ρpr, µr, wr – соответственно медианный (средний)

диаметр осаждаемых в циклоне частиц, диаметр циклона, плот- ность частиц, динамическая вязкость и скорость газового пото- ка, принятые по справочным данным.

6.Определяют функцию распределения Ф(Х) по табл. 1.5

иполный коэффициент очистки газа по формуле (%):

При установке циклонов необходимо учитывать началь- ную концентрацию пыли в газах. Допустимая запыленность га- зов зависит от диаметра циклона и для слабослипающихся пы- лей имеет следующие значения:

Для среднеслипающихся пылей допустимая концентра- ция частиц в газах должна быть в 4 раза меньше, а при очистке газов от слипающихся пылей – в 8-10 раз меньше.

9

Для всех одиночных циклонов бункера выполняют ци- линдрической формы. Рекомендуемые диаметры бункеров сле- дующие: Dб = 1,5 D (для цилиндрического циклона), Dб = 1,1- 1,2D (для конического циклона). Высоту цилиндрической части бункера принимают равной 0,8D. Днище бункера выполняют с углом наклона 60о.

7. Если степень очистки оказалась недостаточной, может быть применен другой тип циклона с более высоким гидравли- ческим сопротивлением, которое следует рассчитать заново.

10