Скачиваний:
79
Добавлен:
04.01.2017
Размер:
1.75 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Московская государственная академия Тонкой химической технологии

им. М.В. Ломоносова

кафедра Процессы и аппараты

химической технологии

В.М. Мясоеденков

РАСЧЕТ И ПОДБОР ЦИКЛОНОВ

Учебно-методическое пособие

Москва, 2000

www.mitht.ru/e-library

ББК

Рецевзент - М.К. Захаров

Мясоеденков в.м. Расчет и подбор ЦИЮlонов. - М.: МИТХТ,

200053 с

Учебно-методическое пособие по расчету и подбору циклонов является. необходимым дополнением к пособиям по npoeктироваюпо

различных технологических установок, в которых предусматривается.

очиcrка отработанного газа от тверДЫХ чаcrиц с помощью пылеуло­

вителей.

Предлагаемое пособие позволяет правильно подобрать аппарат

необходимых геометрических размеров и оценить степень улавлива­

ния пыли при различиых варнаиrax работы циклона (иидивидуалъ­

изя, групповая: при параллельной и последовательном их соедине­ нии).

Пособие предназначено для самоcrОЯIeльной работы студентов

4-ro курса всех специальностей при курсовом npoeктнровающ преж­

де всего, суIпиJlъныx установок

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ в качecrвe учебно-методическоro пособия.

ББК

© МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2000

www.mitht.ru/e-library

ОГЛАВЛЕНИЕ

Классификация пьmеулоВителей........................................

 

5

Оценка работы пъшеуловителеЙ..................

,............... " .....

6

Выбор пылеулавливающих устройств................................

,

6

Расчет ЦИХЛОНОВ...........

'" ..............................................

 

7

Расчет степени улавливания ПЬL'Ш ЦИI<ЛОнОМ.........................

 

10

ЦИIQIОНЪI НJ1ИГАЗа........................................................

 

 

14

Пример 1..................................................................

 

 

17

Группа ЦИIOJОНОВ при параллельном и

 

 

последовательном их соединении................

'" ., ...............

24

Прнмер2..................................................................

 

 

24

Пример 3..................................................................

 

 

27

Батарейныle ЦИКЛОНЫ............

,... ........ .... ....... ... ....... ... .... ..

33

Эксплуатация цшшонов..

..... .. .. .. ................

..... ....... ....... ...

36

Приложение. ....... ......

... ....... .......... ......

............. .... .....

37

1. Циклоны «I.Щ-15»......................................................

 

 

37

1.1. СборЮ1 одиночного циклона........................................

 

37

1.2. СборЮ1 из двух ЦИIOJОНОВ типа «I.Щ-15» .........................

 

39

1.3. СборЮ1 из четырех ЦИКЛОНОВ типа «цн-ls».....................

39

1.4. СборЮ1 из шести ЦИI<Jlонов типа <<ЦН-15».............................

 

42

1.5. СборЮ1 из восьми циклонов типа «цн-15»......................

43

2. Вывод формулы ДЛЯ расчета предельного диаметра

 

частиц при любом режиме движения 'Этой частицы.....................

46

БиблиографичесlGlЙ списоК..........................................................

 

48

www.mitht.ru/e-library

КЛАССИФИКАЦИЯ

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

для улавливания ПЫJШ применяюr аппараты, действие кото­ рых основано на использовании различных способов сепарации час­

тиц к3 газового потока.

устройства, работа которых основана на использовании силы

тяжести, - пылевые камеры, газоходы. В таких аппаратах кроме си­ лы тяжести на частицу действует сопротивление газовой среды. Эro сопротивление особенно ощутимо для частиц малого размера, для

которых характерны невысокие скорости витания. ОтСЮда следует, что пъmевые камеры целесообразно примеюrrь только для удаления

достаточно крупных пылинI< (> 45мкм) [1].

Аппараты, основанные на нспользовании цеиrpoбeжной СИJlЫ,

- ЦИКЛОНЫ, жалюзийные и инерционные пылеуловители. В таких ап­

паратах при повороте raзового потока или его Iq)иволинейном дви­ жении на чаСТIЩЫ., помимо силыI тяжести газового ПОТОI<З., действует

сила инерции, I<ОТОрая обычно во много раз больше силы тяжести и

под влиянием которой частицы стремятся двигаться прямолинейно,

т.е. как бы выбрасываются из газового потока. Эni annaраtы, в ос­

новном, применимы для отделения относительно крупных пылинкK

(> 10 мжм) [1] и малоэффеI<ТИВНЫ для более мелких пылинI<. Можрые пылеуловители - скрубберы, пенные аппараты, скоро­

стиые (rypбулентные) пъmеуловители. В аппаратах этого типа при

соприкосновении частиц с поверхностью жидкости последние прили­

пают к ней и во многих случаях тонут, в результате чего происходит

улавливание пыли. Соприкосновение чаСТIЩ с поверхностью ЖИДКО­

сти может произойти в том случае, если на частицу действует снла, движущая ее в направлении поверхности жидкости. ТЗI<ИМИ силами

могут быть удары молекул (броуновское движение), СИЛЫ тяжести,

центробежная сила и др. опыт показывает, что при МОI<pOм улавли­ вании, в основном, газы очищаются от пылинкK размером > 3 - 5

мкм.

в последние годы предложены так называемые скоростные или rypбулентные мокрые пылеуловители, в которых создаются большие скорости газа, и жидкость дробится газовым ПОТОКОМ на

мелкие капли. При этом пылинки сталкиваются с капельками ЖИДКО­

сти, что позволяет улавливать мелкую пыль.

5

www.mitht.ru/e-library

Электрофилътры - arшараты для отделения пыли в электро­

статическом поле. В этих аппаратах запыленный газ проnyскают че­ рез электрическое поле высокого напряжения, под действием которо­ ro газ ионизируется. Образующиеся ионы осаждаются на nъmииках и

заряжают их. Проходя через электрическое поле, заряженные пылин­

ки притяrивaются К образующим это поле электродам. Электро­

филътры пmpoко примеияют для улавливания чаcnщ ПЫЛИ и тумана

зпобых размеров.

Тканевые филътры - аппараты, в которых запыленный газ пропускают через ткань, в которой пьvть задерживается. При ие­ больших скоростях фильтрования можно получить высокую степень

очистки газов от ПЫЛИ.

1. ОЦЕНКА РАБОТЫ

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

Работу пыл.еуловителеЙ оценивают двумя способами. При пер­

вом учитывают абсоJПOТНое значение остаточного содержания nыли в

очищенном газе [г/имЗ]; например, после сушильной установки для

хлористого калия средняя концентрация взвешенных чаcnщ состав­

ляет 5-20 [г/имЗ]. эга величина ДОJDКИа сопоставляться с предельно

доnyстимой концентрацией пыли данноro вещества.

.Цругой способ оценки работы пылеуловителей - определение коэффициента полезноro действия пылеуловителя или степени улав­

ливания nъmи:

количество пыли, уловленнной в аппаратуре

~=

------------~~------------

~~~

 

количество пыли в уходящем газе

 

2. ВЫБОР ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИХ

УСТРОЙСТВ

При выборе пылеулавливающих устройств .для промыпmенно­

го объекта приходится учитывать многие факторы: требования,

предъявляемые ПДК, требования могут быть вызваны технологией (например, защитой вентR..'IЯТОРОВ от быстрого износа nыJJъ),' высо­ кой ценностью самой nъmи и т.д.

Анализ работы пыJlеулавливателейй различных конструI<ШIЙ

показывает, чго рост ИХ эффеI<ТИВности связан с увеличением затрат

энергии и размеров arшаратуры. Циклоны, большинство мокрых пы-

6

www.mitht.ru/e-library

леуловителей и, в первую очередь, скоростные турбулентные промы­

ватели, скрубберы ударного действия работают тем эффеЮ'ИВнее, чем большее сопротивление приходится преодолевать газовому потоку, чем больше подается жидкости для орошения, Т.е. чем больше расход

электроэнергии.

Электрофильтры, пылевые камеры и рукавные фильтры дают

лучший эффект по очистке газов при меньших скоростях, Т.е. при установке аппаратов большего размера.

однозначных рекомендаций по выбору пылеуловителей не

существуст. В К3iIЩом отдельном случае приходится выбирать, учи­

тьmая конкретные условия, основные показатели различных ашraра­

тов. Так, пылевые камеры, циkлоныI и другие юlерционныe пылеуло­

вители по капитальным и эксплуатациоЮlЫМ затратам наиболее де­

шевые, но они улавливают только крупные частицы, поэтому само­

стоятельно их примеНJJЮТ только на объектах малОй мощности для улавливания крупной пыли; например, при дробилках, транспoprи­ ровании сьmyчиx материалов. Чаще аппараты этих типов применяюr

в качестве первой ступени пылеулавливания как аппараты предвари­

тельной очистки перед элекrpoфильтрами, перед руш1Виыми фильт­

рамп. перед вентиляторами, а таюке в тех случаях, когда необходимо уловленную пыль разделить на фракции.

Болыпинство мокрых пылеуловителей могут работать доста­

точно эффеImIВио при пыли средней дисперсности (крупнее 2 - 5 мкм). Улавливаиие более мелких частиц обычно связано с повышен­

ным расходом элекrpoэнергии.

Вэлеюрофильтрах можно получить высокую степень очистки.

втом числе, от высокодисперсных частиц. Однако для этого часто

требуется предварительно подготовить газ, так как для каждого рода

частиц выбирают оптимальные технологические условия работы

элеюрофильтров.

Рукавные фильтры (тканевые) дают наиболее высокую степень очистки при пыли moбoй дисперсиостп. ио требуют поддержания

температуры газов в определенных пределах. эти ашraраты по каrш­

тальным затратам несколько дешевле, чем электрофильтры, ио рас­ ходы на эксплуатацюо больше.

3. РАСЧЕТ ЦИКЛОНОВ

Meтoдmca расчета ЦИkЛоиов, рассматриваемая ниже, приме­

пима для всех промышленных пьmей, за исюпочением отходов от

деревообрабатъmaющих станков и волокнистой пъmи, а также пыл--

7

www.mitht.ru/e-library

видных материалов, СЮIОННЫХ к налипанию на внутренней стенке

циклонов.

При расчете циклонов неоБХОДИМО располагать следующимн данными [2,3] :

- характеристикой дисперсности пыли, содержащейся в газах,

Т.е. знать фракционный состав пыли;

- количеством очищаемых газов V (~/час) при рабочих усло-

виях;

-плотностью газа РО при нормальных условиях, (кг/имЗ);

-плотностью nьmи р"" (кr/M\

-объемной плотностью осевшей пыли, (кг/мз);

-температурой газов, се);

-допустимым гидравлическим сопротивлением собственно

ЦИЮIона Lip, (нlM2);

-требуемой степенью очистки газа от пьmи в циклоне, (%);

-начальной запыленностью газов, отнесенной к объем" газа

при нормальных условиях, (г/мЗ);

-давлением (разрежением) газов на входе в циклон, (н1м2);

-содержанием водяных паров в газаХ, (г/~).

Для обеспечения нормальной эксплуатации циклонов (и для

правильного выбора типа) необходимо также знать содержание паров

агрессивных компонентов, влняюших на температуру конденсации;

степень слипаемости улавливаемой пьmи и частоту ее' выгрузки; об­ ладает ли пыль абразивностью, Т.е. насколько она будет истирать

стенки циклона.

В результате расчетов необходимо получить размеры циклона, ero сопротивление и эффективность (степень улавливания). Расчет начинают с нахождения велнчиныI WYCJl по формуле (1)

Ар =$V:сл

(1)

pg

2g

 

Как показывает опьп, ДJIЯ каждоro типа циклона выражение

!J.p

имеет оптимальное значение; например, для циклонов серии

pg

ЦН оно располагается в интервале 50 - 100 м. Выбрав значение этой

величины и зная ~ легко найтн значение скорости Wуел. Например,

!J . p .

если зададимся, что - = 50 м и выбранный циклон имеет ~ = 140

pg

(ЦН-15), то можно написать, 'По

8

www.mitht.ru/e-library

А

о

Рис. 1 Схема ЦИЮIOиа

140Wу~л

,откуда Wусл =

50·2·9,81

=265 М/С

50 = 2.9,81

140

 

'

OnpeдеJШВ WYCJI, находят диаметр ЦИIOIона, учитывая, что

 

V =3600· trf)2 W

 

 

 

4

 

уел

и, следовательно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D=

 

v

 

(2)

 

900 . 1r~'ел

 

 

'

 

где V - объем газа, проходящеro через ЦИКjIОН за 1 час ПР. рабочих условиях; D диаметр ЦИК"Iоиа в метрах.

9

www.mitht.ru/e-library

Зная диаметр циклона, по нормалям легко определить все ос­

тальные ero размеры.

Если полученный диаметр больше 800 - 1000 мм, то устанав­

ливают не ОДИН, а несколько циклонов (параллельно).

Далее проверяют расчетом, ЮU<yЮ степень ОЧИCТЮI можно по­ лучигь, прнменяя данный циклон.

4. РАСЧЕТ СТЕПЕНИ УЛАВЛИВАНИЯ

ПЫЛИ Ц~КЛОНОМ

Сложность процесса улавливания пыли в ЦИIOlОнах не позво­ ляет рассчитать их эффекrивностъ только на основе теоретических разработок. Тем не менее, рассмотрим в первую очередь одну из та­

ких (теоретических) попыгок расчета степени улавливания пыли ци­

клоном, котораЯ позволяет не только оценить степень ОЧИCТЮI с оп­

ределенной погрешностъю, но и выявиrъ ВJIWIНИе различных факro­

ров на процесс улаВJ1ивания пьши в циклонах.

на частицу, движущуюся в циклоне (в условиях ламинарного режима) по направлению к наружным стенкам, действуют две силы: центробежная

 

mW 2

(3)

р=--

If

R

 

и сила сопротивления среды

{<~: = 31lWr dJ.i

юЗ

где т =--Рm; W И Wr_CKOPOCТb, соответственно, газовоro

6

потока ВО входном патрубке и движение частицы по направлеишо от центра вращения к наружной стенке циклона; Il - вязкость среды.

При входе в циклон Wr = О. По мере продвижения газовоro по­ тока Wr возрастает и вскоре становится на столько большой, что силы

FuиFсуравниваются, Т.е.

mW 2

 

--=3nWdll

R

r r'

И дальнейшее движение частицы в радиальном направлении будет проходить со скоростью

W -

mW2

d 2W2 p

т

(4)

-

18RJ.i

r -

3RЮJ.i -

 

 

 

10

 

 

 

www.mitht.ru/e-library

Наиболее длинный путь в радиальном направлении пройдет та

частица, которая при входе в ЦИIOIон находилась около внутренней

(выходной) трубы. Эroт путь равен R2 - R1. Время, необходимое для прохождения чаСТlЩей элементарной траектории этого пути dR, со-

стаВ.ilЯет

d". =dR = 18,uR

dR

 

 

Wr

d 2W 2 Pm

 

 

ПОJПIое BPC!\{J[ прохождения чаСТlЩей всего пути R2 - R 1 бу-

дет равно

 

 

 

 

 

 

". =18,u(Ri - Rn

(5)

 

 

2d2W 2Pm

 

 

 

 

 

с дpyroй стороны, пройденный чаCТIЩей путь по спирали при-

близительно равен 2Л'

R +R

2 П, где

R +R

представляет собой

1

1

2

 

2

 

 

2

 

средний радиус вращения, а n - число оборотов, совершаемое газо­

вым потоком В ЦИЮIоне. Величину n npинимают, равной отношению между высотой цилиндрической части пиклона h2 и высотой входно­

го патрубка h!. Принимая, что скорость газового потока и чaCТIЩ в

циклоне в тангенциальном направлении равна скорости газа во вход­

ном патрубке W, оценим Bpe!\fJI прохождения частицей пути по спи­

рали

R1 +R2

2Л'----п

= 2

'сп ---W=---

Тогда условие улаВJШВания частицы, находящейся в наиболее сложиых условиях, СОСТОИТ в том, ЧТО Бре!\fJI прохождения чаCТIЩей пути в радиальном направлении 'т, дoJDКНO быть равно времени про­

хождения чаСТlЩей пути по спирали. То есть 't = 'tсп

18,u(Ri - Rn _ 2Л'(R!+R2)п

2d2W 2 Рm - W . 2

откуда

(6)

11

www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии