Основные процессы и аппараты химической технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Циклон - воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки - инерционный (с использованием центробежной силы), а также гравитационный. Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности. Собранная пыль может быть в дальнейшем переработана.

Принцип действия циклона

Принцип действия простейшего противоточного циклона таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли (на рисунке не показан). Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу.

Конструкция

Существует огромное разнообразие типов циклонов. Кроме описанного выше противоточного циклона существуют и менее распространённые прямоточные. Противоточные циклоны различаются размерами, соотношением цилиндрической и конической частей, а также относительной высотой (т.е. отношением высоты к диаметру) цилиндрической части. Чем больше относительная высота, тем меньше коэффициент гидравлического сопротивления и разрежение в бункере (меньше вероятность подсоса пыли в аппарат), но меньше степень очистки. Наиболее оптимальна относительная высота 1,6, что соответствует принципу "золотое сечение".

Эффективность

Степень очистки в циклоне сильно зависит от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). Для распространённых циклонов типа ЦН степень очистки может достигать:

для частиц с условным диаметром 20 микрон	99,5%
для частиц с условным диаметром 10 микрон	95%
для частиц с условным диаметром 5 микрон	83%

C уменьшением диаметра степень очистки возрастает, но увеличивается металлоёмкость и затраты на очистку. При больших объёмах газа и высоких требованиях к очистке газовый поток пропускают параллельно через несколько циклонов малого диаметра (100-300 мм.). Такую конструкцию называют мультициклоном или батарейным циклоном. Возможно также применить Электростатический фильтр, который, напротив, эффективен именно для малых частиц.

Достоинства и недостатки

Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются высокое гидравлическое сопротивление, невозможность улавливания пылей с малыми размерами частиц и малая долговечность (особенно при очистке газов от пылей с высокими абразивными свойствами)

Циклоны - наиболее распространенные аппараты пылеочистки. Применяются на предприятиях металлургии, химической и нефтяной промышленности, в энергетике, деревообработке и других отраслях. При небольших капитальных затратах и минимальных эксплуатационных расходах, циклоны обеспечивают стабильную очистку воздуха от частиц и пыли размером более 10 мкм с эффективностью 80% - 95%. Основными элементами циклонов являются цилиндрический корпус, выхлопная труба и бункер. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении запыленного воздуха между и выхлопной трубой.В зависимости от пропускной способности по воздуху циклоны могут устанавливаться по одному или объединяться в группы из двух, четырех, шести или восьми циклонов. Циклон конструкции Научно - исследовательского института по санитарной и промышленной очистке газов (НИИОгаз) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 3. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30м/сек) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательным движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник 5. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубку 6. Движение частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращительным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.

ЦИКЛОН ЦН-15

Циклоны ЦН-15 предназначены для сухой очистки газов. Указанные циклоны рекомендуется применять для улавливания золы из дымовых газов; пыли, уносимой из сушилок; пыли, уносимой газом из аппаратов, в которых протекают процессы со взвешенными в газе частицами; пыли, образующейся при пневматической транспортировке материалов; для очистки загрязненного воздуха с начальной запыленностью до 400 г/м3. Для очистки воздуха от взрывоопасной, сильнослипающейся и волокнистой пыли циклоны ЦН-15 применять не следует. В зависимости от расхода очищаемого воздуха циклоны могут применяться как в одиночном исполнении, так и в групповом, состоящем из 2-х, 4-х, 6-и и 8-ми циклонов. При подборе типоразмера циклона надо учитывать, что с увеличением диаметра циклона степень очистки воздуха уменьшается. В связи с этим не рекомендуется применять циклоны с диаметром более 800-1000мм. Конструкция циклона рассчитана на температуру до 400°С и разряжение (давление) 5 (500) кПа (кгс/м2). Циклоны изготавливаются как левого, так и правого исполнения. Они могут устанавливаться как на всасывающей линии вентилятора, так и на нагнетании. В зависимости от этого одиночный циклон комплектуется с улиткой на выходе очищенного воздуха или зонтом. При очистки воздуха от абразивной пыли, вызывающей износ крыльчаток вентилятора, циклоны рекомендуется устанавливать перед вентилятором. В группе циклонов патрубки с выходом очищенного воздуха могут объединяться сборным коллектором с выходом воздуха вертикально и системой улиток каждого циклона, объединенных общим фланцем. В первом случае группа циклонов носит название ЦН-15-СП, во втором случае ЦН-15-УП, где П - форма бункера циклона - пирамидальная; числа 200,300,400 и т.д. соответствуют диаметру циклона Dмм.

При работе циклонов должна быть обеспечена выгрузка пыли. При этом уровень пыли в бункерах должен быть не выше плоскости, расположенной от крышки бункера на 0,5 диаметра циклона.

В технической характеристике приведены значения производительности, отнесенные к скорости в цилиндрической части циклона V=2,5 и 4,0 м/с. В обычных условиях оптимальной считается скорость 4,0 м/с. Скорость 2,5 м/с рекомендуется принимать при работе с абразивной пылью.



Рис.1. Циклон ЦН15-2СП



Рис.2 Циклон ЦН15-УП

В центробежных пылеосадителях (циклонах) осаждение взвешенных в газовом потоке частиц происходит в поле центробежных сил. Поступающий на очистку газ подводится к центробежному пылеосадителю по трубопроводу, направленному по касательной к цилиндрической части аппарата. В результате газ вращается внутри циклона вокруг выхлопной трубы. Под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении газа, твердые частицы большей массой отбрасываются от центра переферии, осаждаются на стенке, а затем через коническую часть удаляются из аппарата. Очищенный газ через выхлопную трубу поступает в производство или выбрасывается в атмосферу. С уменьшением радиуса циклона значительно увеличиваются центробежная сила и скорость осаждения частиц. На основе этой зависимости созданы конструкции батарейных циклонов, более эффективных, чем обычные циклоны. Батарейные циклоны состоят из параллельно включенных элементов малого диаметра (150 - 250 мм). Их применяют в широком диапазоне изменения температур очищаемого газа (до 400° С) при относительно небольшой концентрации взвешенных в нем твердых частиц. Батарейные циклоны имеют прямоугольный корпус и состоят из одной или нескольких секций. Общие недостатки центробежных пылеосадителей - недостаточная очистка газа от тонкодисперсной пыли, высокое гидравлическое сопротивление, а следовательно, и большой расход энергии на очистку газа, быстрое истирание стенок пылью, а также чувствительность аппаратов к колебаниям нагрузки.



Рис.3. батарейный циклон

1 - корпус; 2,3 - решетки; 4-патрубок для ввода запыленного газа; 5 - элементы; 6 - патрубок для вывода очищенного газа; 7 - конусное днище

Теоретическая скорость осаждения:

w = d2 (r1 - r2) wг2/9 v r2 D

где: d - диаметр частицы; r1 - плотность улавливаемых частиц; r2 - плотность газовой среды; wг - окружная скорость газа в циклон; D - диаметр циклона.

Высота цилиндрической части циклона:

h = 2Vсек / (D - D1) wг

где: Vcек - объем газа, постуающего в циклон в секунду; D1 - наружный диаметр выхлопной трубы.

Технологическая установка

Твердые частицы из бункера 1 с помощью дозатора 2 поступают в трубопровод 3 и образуют с движущимся в этом трубопроводе воздухом запыленный воздушный поток. Уловленные в циклоне твердые частицы собираются в сборнике 8.

Циклон ЦН-15 является основным аппаратом в представленной схеме; внутренний диаметр его цилиндрической части 170 мм (входной патрубок имеет размеры (115х35 мм); изготовлен из стали (для визуального наблюдения за процессом циклон может быть выполнен из стекла или из органического стекла при обеспечении условий отвода статистического электричества). Циклон соединен с вытяжным вентилятором 11 (с электродвигателем 12) системой трубопроводов - входным всасывающим 3 к выходным нагнетательным 4 (относительно циклона). Расход воздуха регулируется задвижкой 10.

В качестве измерителных приборов использованы: для определения расхода воздуха - дифференциальный манометр 7, подключенный к диафрагме 9, для определения гидравлического сопротивления циклона - дифференциальный манометр 6, подсоединенный на входе в циклон и выходе из него. В целях предотвращения запыленностипомещения, где размещена установка, на трубопроводе после вентилятора установлен рукавный фильтр 13.

В качестве фильтровального материала могут быть использованы, например, ткани из волокон растительного (лен. хлопок) и животного (шерсть, шелк) происхождения, а также из синтетических волокон (полипропилен, капрон, нейлон, нитрон, лавсан, тефлон, стекловолокно и др.). Из фильтровальных тканей, изготавливаемых на основе волокон естественного происхождения, можно рекомендовать фильтровальное сукно №2, арт 20, выпускаемое отечественной промышленностью в соответствии с ГОСТ 6986-69; из искусственных тканей - нитрон, изготавливаемый из полиакрилонитрильных волокон.

При улавливании пылей, способных накапливать статическое электричество, разработан специальный антистатический фильтровальный материал на основе лавсана с добавлением металлических волокон. Циклоны типа ЦН-15 промышленного назначения изготавливают диаметром от 300 до 1400 мм (300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400 мм).

Исследование работы циклона проводят в два этапа. Сначала определяют гидравлическое сопротивление циклона в зависимости от скорости газового потока, затем - степень очистки в зависимости от скорости газового потока при постоянной концентрации в нем твердых частиц.

В первой части работы исследование проводят на незапыленном воздухе. Включают вентилятор 11и устанавливают с помощью задвижки 10 необходимый расход воздуха в пределах, заданных преподавателем (6-8 значений расходов). Показания дифманометров 6 и 7 снимают при установленном расходе воздуха одновременно по команде "отсчет" и заносят в отчетную таблицу.

Во второй части работы исследование проводят на запыленном воздухе при тех же значениях расходов воздуха, что и в первом этапе исследований. С целью сохранения постоянной концентрации твердых частиц в газовом потоке в каждом опыте расход твердой фазы регулируют дозатором путем изменения частоты вращения тарелки дозатора 2. Твердой фазой служит сыпучий материал со средним размером частиц 40 / 100мкм, например можно рекомендовать силикатный катализатор, кварцевый песок, а также другие материалы, отличающиеся по плотности от первых двух. Заданную фракцию твердого материала студенты готовят сами, используя ситовой анализ с применением набора различных стандартных сит.

Перед началом работы проверяют наличие твердого сыпучего материала в бункере 1, настраивают на необходимый расход твердой фазы дозатор 2, предварительно продувают систему, включив на некоторое время вентилятор, затем освобождают от твердого материала сборник 8. После этого можно считать установку подготовленной к проведению исследований.

Включают вентилятор и с помощью регулирующей задвижки 10 устанавливают нужный расход воздуха. Затем включают в работу одновременно дозатор твердой фазы и секундомер. По мере накопления определенного объема материала в сборнике 8 останавливают дозатор с одновременной отсечкой секундомера. Вентилятор продолжает работать в заданном режиме еще некоторое время (3 - 5 мин), а затем его останавливают. Твердый материал, уловленный из газового потока за время опыта в сборнике 8, взвешивают на технических весах. После этого приступают к подготовке установки для проведения очередного опыта (исследования проводят при 6-8 значениях расхода воздуха). Полученные в каждом опыте данные заносят в отчетную таблицу.

Технологический расчет ЦИКЛОНА

Определить основные размеры пенного газопромывателя для очистки от пыли 20000/ч газа приС. Запыленность газа на входе в аппарат

= 0,05кг/ (при нормальных условиях), степень очистки 0,99.

1. Объемный расход газа, V= 30000ч

2. Температура, = С

3.Запыленность газа на входе аппарата, = 0,03кг/

4. Степень очистки,= 0,99.

Решение. Поскольку скорость газа в полном сечении аппарата является основным фактором, от которого зависит хорошее пенообразование и, следовательно, эффективность очистки, важно правильно выбрать расчетную скорость. Верхним пределом допустимой скорости газа является такая его скорость, при которой резко усиливается унос воды в виде брызг. По экспериментальным данным в газопромывателях, имеющих слой пены высотой 30-100 мм, струйный прорыв газа, вызывающий разрушение пены и сильный брызгоунос, начинается при скоростях газа в полном сечении аппарата (под решеткой) от 2,7 до 3,2 м/с.

Чем выше слой пены на решетке и чем больше свободное сечение решетки, тем большая скорость газа возможна без брызгоуноса. Уменьшение диаметра отверстий (при сохранении постоянного свободного сечения решетки) также способствует уменьшению брызгоуноса. Обычнр верхним пределом является скорость газа под решеткой ~ 3 м/с.

Нижним пределом скорости газа для пенного аппарата является такая скорость, при которой сильно уменьшается пенообразование.

Для пенных газопромывателей с большим свободным сечением решетки и большим диаметром отверстий нижним пределом является такая скорость газа, при которой большая часть жидкости протекает через отверстия, в результате чего высота пены становится ничтожно малой. Для обычных условий нижним пределом расчетной скорости можно считать 1 м/с.

Примем среднюю скорость газа w = 2 м/с.

Определяем площадь поперечного сечения аппарата:

f = ;

f== 3,6

Газоромыватель может быть круглого или прямоугльного сечения. В коуглом аппарате обеспечивается более равномерный поток газа, в прямоугольном - лучшее распределение жидкости.



Примем аппарат прямоугольного сечения размером 3х2 м с подачей воды посередине (рис.10). Для лучшего распределения газа по площади аппарата ввод газа осуществляется через диффузор. Расчет количества подаваемой воды проводится различно, в зависимости от температуры поступающего газа. Для холодного газа наибольшее влияние на расход оказывают гидродинамические факторы, для горячего газа расход воды определяется тепловым балансом. При очистке от пыли газов, имеющих температуру ниже С, расчет количества подаваемой воды проводят, исходя из гидродинамики процесса и материального баланса газоочистки. В обычных условиях для сохранения достаточной равномерности пенообразования по всей решетке необходимо, чтобы через отверстия протекало не больше 50% подаваемой воды, так как слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Расход воды в газопромывателе складывается из расхода воды, идущей в утечку, и расхода воды, идущей на слив с решетки. Испарением воды при заданной температуре газа можно пренебречь.

Количества воды, протекающей через отверстия решетки, определяется массой уловленной пыли и заданным составом суспензии, а затем подбирается решетка с таким свободным сечением, диаметром отверстий и прочими данными, чтобы обеспечивать установленную утечку.

При заданной степени очистки концентрация пыли в газе после газопромывателя определяется по формуле:

= (1-) = 0,03 (1 - 0,99) = 0,0003кг/

Количество улавливаемой пыли:

= ( - ) = 30000 (0,03 - 0,0003) = 730,5 кг/ч

Если известна концентрация суспензии с = Т: Ж (в кг/кг), то утечка , т.е. объем воды, необходимый для образования суспензии (в /ч), определяется по уравнению:

=

Концентрация пыли отнесена к объему газа перед аппаратом приведенному к нормальным условиям. Она незначительно отличается от запыленности газа (в кг/) после аппарата, так как количество газа после апарата увеличивается на 1 - 2 % за счет испарения воды в газопромывателе.

Где К - коэффицент распределения пыли между утечкой и сливной водой, выраженный отношением количества пыли, попадающей в утечку, к общему количеству уловленной пыли; обычно К = 0,6: 0,8

Концентрация суспензии, как правило, находится в пределах отношения Т: Ж = (1: 5): (1: 10). Получение суспензии с Т: Ж >1: 5 может вызвать забивание отверстий решетки (особенно мелких). Получение суспензии с Т: Ж<1: 10 нерационально ввиду ее слишком больших объемов.

с = 1: 8= 0,125кг/кг и К = 0,7.

Тогда

==4,1/ч

На всю решетку или

4,1/3,6 = 1,14/ (/ч) на 1 решетки.

Коэффицент запаса ~1,5

= 1,5 2,14 3,3 /ч, или

0,55/ (/ч)

Количество сливной воды определяется по формуле: = ib

Слив на обе стороны:

= 12 2 =4/ч

Общий расход воды:

L = 3,3 + 4 = 7,3 /ч

Удельный расход воды:

= =0,24 / газа

Утечка составляет от общего расхода воды L:

= 100 = 45 %

Скорость газа = 12м/с

Отношение площади свободного сечения решетки к площади сечения аппарата f составит:

= = = 0,2

z = 0,95 - коэффицент, учитывающий, что 5% площади свободного сечения занимают опоры решетки, переливные стенки и т.д.

При разбивке отверстий решетки по шестиугольнику с шагом t заштрихованная площадь:

S = tx = t 2 = 1,73

На эту площадь приходится два отверстия диаметром . Площадь отверстий:

= 2 0,785

Отношение / S должно составлять 0,2:

= 0,2

Откуда

t =

При диаметре отверстий = 5мм

t = = 10,7 11мм

Коэффицент скорости пылеулавливания

= = = 4,5м/с

Связь между коэффицентом и высотой слоя пены Н при улавливании гидрофильной пыли со средним размером частиц 15 - 20 мкм выражается эмпирической формулой:

Н = - 1,95w + 0,09 = 4,5 - 1,95 2,3 + 0,09 = 0.1м

С другой стороны, для пылеуловлителей

Н = 0,806

где - высота исходного слоя воды на решетке, м.

= + h

Высоту порога (в мм) можно рассчитать по формуле:

= 2,5 - 7,5

В нашем случае: w = 2,3 м/с, i= 1/ (мч)

Тогда высота порога:

= 2,5 13 - 7,5= 25 мм

Для обеспечения работы аппарата при колебаниях его режима примем высоту порога 30 мм.

Общая высота газопромывателя складывается из высот отдельных частей его: надрешеточной , подрешеточной и бункера . Эти высоты определяются конструктивно: - в зависимости от брызгообразования и размеров брызгоуловителя, - в зависимости от конструкции подвода газа, - в зависимости от свойств суспензии.

2. Циклоны

2.1 Теоретическая часть

Циклонные аппараты вследствие дешевизны и простоты устройства и эксплуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производительности являются наиболее распространенным типом механического пылеуловителя.

Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами:

- отсутствие движущихся частей;

- надежная работа при температуре до 400 градусов С без конструктивных изменений;

- пыль улавливается в сухом виде;

- возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами;

- возможность работы циклонов при высоких давлениях;

- стабильная величина гидравлического сопротивления;

- простота изготовления и возможность ремонта;

- повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

К недостаткам можно отнести:

- высокое гидравлическое сопротивление, достигающее 1250-1500 Па;

- низкая эффективность при улавливании частиц размером меньше 5мкм.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газопылевого потока внутри корпуса аппарата. Вращение достигается путем тангенциального ввода потока в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Чистый газ, продолжая вращаться, совершает поворот на 180 градусов и и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу( рис. 2.1.1)

Рисунок 1- Циклон:

корпус;

входной патрубок;

выходной патрубок;

приемный бункер.

Частицы пыли, достигающие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что решающим фактором обуславливающем движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально. На практике из-за компоновочных решений, а также для размещения пылетранспортных систем, циклоны устанавливают в вертикальном положении.

При движении во вращающемся криволинейном потоке газа частица пыли находится под действием силы тяжести, центробежной силы и силы сопротивления. Масса частицы обычно настолько мала, что ею пренебрегают, поэтому скорость частиц в циклоне без большой ошибки можно принять равной скорости вращения газопылевого потока.

Область циклонного процесса, или зона улавливания пыли, расположена между концом выхлопной трубы и пылеотводящим отверстием циклона. Часть этой зоны занимает корпусный патрубок. В нем оканчивается циклонный вихрь, В цилиндрическом циклоне (Без корпусного патрубка) циклонный вихрь опирается на пылевой слой в бункере аппарата. При этом частицы вторично уносятся из бункера, т.е. происходит явление, аналогичное действию атмосферных вихрей на предметы, находящиеся на поверхности земли. Вторичный унос частиц возникает и тогда, когда выбран чрезмерно большой угол конусности нижнего патрубка циклона.

Бункер участвует в аэродинамике циклонного процесса, поэтому использование циклонов без бункера или с уменьшенным, по сравнению с рекомендуемым, размером бункера снижает КПД аппарата. Существенное влияние на циклонный процесс оказывает турбулентность, которая во многом определяет степень очистки. Поток, поступающий в выхлопную трубу, продолжает интенсивно вращаться. Затухание этого вращательного движения. Связанное с невосполнимыми потерями энергии, происходит сравнительно медленно.

2.1.1 Циклоны конструкции НИИОгаз

- Цилиндрические (типа ЦН-11, ЦН-15, цН-15У, ЦН-24). Характерные особенности: удлиненная цилиндрическая часть, угол наклона крышки и входного патрубка равен соответственно 11,15,24, одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона, значение которого 0,59.

- Конические (СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34,СК-ЦН-34М). Характерные особенности: длинная коническая часть, спиральный входной патрубок, малое отношение d выхлопной трубы и корпуса (соответственно 0,33 и 0,34).

Цилиндрические относят к высокопроизводительным аппаратам, а конические - к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов не превышает 2000 мм, а конических - 3000 мм. С увеличением диаметра циклона при постоянной тангенциальной скорости потока центробежная сила, воздействующая на пылевые частицы, уменьшается, и эффективность пылеулавливания снижается. Кроме того, установка одного высокопроизводительного циклона вызывает затруднения из-за его большой высоты. В связи с этим в технике пылеулавливания широкое применение нашли групповые и батарейные циклоны.



Рисунок 2.1.1.1 - Цилиндрический циклон.

В групповых компоновках по нормалям НИИОгаза применяются циклоны типа ЦН-15 и ЦН-11, их устанавливают попарно с общим числом циклонов 2-8 или вокруг вертикального подводящего газохода по 10-14 штук. (рис. 3).



Рисунок 2.1.1.2 - Групповые циклоны:

а - ступенчатая компоновка; б - круговая компоновка.

При определении гидравлического сопротивления групповых установок к коэффициенту сопротивления одиночного циклона, отнесенному к скорости воздушного потока в горизонтальном сечении корпуса, при круговой компоновке следует добавлять 60, при двухрядной с отводом очищенного газа через улитки 28. Степень очистки в группе циклонов принимается равной степени очистки в одиночном циклоне, входящем в эту же группу.

Конические циклоны при разных производительностях с цилиндрическими отличаются от последних большими габаритами и поэтому обычно не применяются в групповом исполнении. Для подвода газа к отдельным циклонам при установке их в группу рекомендуется применять коллекторы. Обходные патрубки циклонов присоединяют к коллекторам посредством фланцев. Коллектор выполняется из одного или нескольких патрубков, которые с одной стороны подсоединяются к циклонам, а с другой - заканчиваются общей камерой.

Отвод очищенного газа в циклонах может осуществляться несколькими способами: с помощью улитки, служащей для преобразования вращательного движения газов в поступательное, колена, общего сборника для группы циклонов или через выхлопную трубу. Сечения выходного отверстия улитки и входного патрубка циклонов следует выполнять одинаковыми.

Группа циклонов снабжается общим бункером для сбора пыли. Диаметр пылевыпускного отверстия бункера подбирают таким, чтобы выпуск уловленной пыли происходил без задержки, а размер фланца соответствовал размеру устанавливаемого под ним пылевого затвора. Угол наклона стенок бункера принимается большим, чем угол естественного откоса пыли; обычно он составляет 55-60°.

В группах циклоны компонуются в два ряда или имеют круговую компоновку в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 3 приложения. Рабочие объемы бункеров для групп циклонов рекомендуется принимать по таблице 4 приложения.

Для циклонов НИИОгаз принят следующий ряд диаметров: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000 мм. Однако для цилиндрических циклонов в одиночном исполнении 1800мм.

Бункера для одиночных циклонов выполняются цилиндрической формы. Диаметры принимаются в соответствии с ГОСТ: для цилиндрического циклона Dбункера = 1,5D; для конического - Dбункера =(1,1..1,2)D. Высота цилиндрической части бункера принимается равной' 0,8D, днище бункера выполняется с углом стенок 60°.

Пылевые бункера циклонных групп могут иметь либо круглую, либо прямоугольную форму. Для групп из двух и четырех циклонов применяют обе формы бункеров, а для групп из шести и восьми циклонов - только прямоугольные. Минимальное расстояние от оси циклона до стенки бункера должно быть не менее 0,4D, где D - диаметр циклона. Высота прямоугольной (или цилиндрической) части бункера должна быть не менее 0,5D. Угол на клона стенок бункера к горизонту принимается не менее 60°.

Условное обозначение типоразмеров одиночного и группового циклонов типа ЦН-15: ЦН циклон конструкции НИИОгаза; 15 - угол наклона оси входного патрубка относительно горизонтали (град.); П (Л) - «правое» («левое») вращение газа в «улитке»; число после тире - внутренний диаметр цилиндрической части циклона (мм); следующая цифра - количество циклонов в группе; У - с камерой очищенного газа в виде сборника; П - пирамидальная форма бункера. Например, ЦН-15П-600П и ЦН-15Л-600 х 2УП.

Условное обозначение типоразмера циклона типа СК-ЦН-34: СК- спиральный конический: ЦН - циклон конструкции НИИОгаза; 34 - отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части (равно 0,34); БП - с бункером и подогревателем; Б - с бункером без подогревателя (при отсутствии Б или БП - без бункера и подогревателя); последнее число - диаметр цилиндрической части циклона (мм); П или Л - «правое» или «левое» вращение пылегазового потока. Например, СК-ЦН-34БЦ-600Л, СК-ЦН-34-600П.

Практические рекомендации по выбору циклонов

Выбор типа и размера циклона производится на основании заданного расхода газов, физико-механических свойств пыли требуемого коэффициента очистки, габаритов установки, эксплуатационной надежности и стоимости очистки. При очистке больших объемов газов одиночные циклоны типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24 объединяются в группы по 2, 4, 6, 8 элементов, расположенных в два ряда, и по 10, 12. 14 элементов при круговой компоновке. Диаметр циклонов типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, объединенных в группы с прямоугольной компоновкой, не должен превышать 1800 мм, а при круговой компоновке 1000 мм.

При обеспылевании газа объемом более 80000-100000 м3/ч и при высоких требованиях к очистке следует применять батарейные циклоны. Батарейные циклоны имеют меньшие габариты, чем групповые, но требуют для своего изготовления большего расхода металла и стоимость их выше стоимости групповых циклонов. При выборе циклона следует обращать внимание на надежность работы системы, особенно в тех случаях, когда ремонт или ревизия системы газоочистки невозможны без остановки технологического оборудования. Широкий диапазон типоразмеров циклонов позволяет удовлетворять многие требования, в том числе и по надежности. Наиболее характерными нарушениями нормальной работы циклонов являются истирания стенок циклонов абразивной пылью и залипание. С увеличением диаметров циклонов и понижением скорости газового потока на входе истирание стенок и залипание уменьшаются. Вследствие этого для улавливания абразивной пыли рекомендуется применять циклоны типа СК-ЦН-34, способные обеспечивать высокую степень очистки при сравнительно небольшой скорости пылегазового потока на входе. При одинаковой эффективности наиболее высокие технико-экономические показатели имеют циклоны типа ЦН-11.

При выборе сквозного циклона особое внимание следует обращать на то, что эффективность пылеочистки в сквозном циклоне тем выше, чем больше обьем подаваемого пылегазового потока и чем больше перепад давления между подводящим газоходом и циклоном.

В сквозном циклоне чем больше его диаметр, тем выше перепад давления.

2.2.2 Выбор размера сквозного циклона

При выборе сквозного циклона особое внимание следует обращать на то, что эффективность пылеочистки в сквозном циклоне тем выше, чем больше обьем подаваемого пылегазового потока и чем больше перепад давления между подводящим газоходом и циклоном.

В сквозном циклоне, чем больше его диаметр, тем выше перепад давления. Согласно исходным данным, обеспыленный часовой расход очищаемого газа равен:

Q=29000 м3/ч

При этом секундный расход этого газа будет составлять:

Q=29000/3600=8,1 м3/с

Причем запыленность газа на выходе сушильного барабана составляет:

Свх=117,9 г/м3

А на выходе прямоточного циклона следует обеспечить запыленность не выше:

Свых=72,9 г/м3,

следовательно, нужно обеспечить эффективность очистки в прямоточном циклоне:

(2.2.2.1)

Следовательно, эффективность этого циклона 38%.

Для определения размеров прямоточного циклона воспользуемся методом Альдена, который рекомендует параметры сквозного циклона определять в зависимости от диаметра входной трубы газохода.

Существует типовой ряд размеров диаметров (d) входной трубы газохода: 125, 200, 225, 260, 300, 360, 390 мм.

Для обеспечения требуемой эффективности необходимо соблюдение условия h/D?3; h=h2+h3

2.2.3 Выбор и расчет параметров групповых циклонов

Расчет циклонов ведется методом последовательных приближений.

1. Задавшись типом циклона (ЦН-15), определяем оптимальную скорость газа в сечении циклона диаметром D.

Задаемся типом циклона ЦН-15; = 3,5 м/с.

2. Расчет необходимой площади циклона производят по формуле:

, м2

Q - объем очищаемого газа, м3/ч (исходные данные):

Q = 29000 м3/ч

- оптимальную скорость газа в сечении циклона, м/c.

м2

3. Определяют диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов

N=1:

, м

Переводим в мм: D = 1800 м.

Полученное значение D округляют до ближайшего типового значения внутреннего значения циклона - 1800 мм.

4. По выбранному диаметру циклонов находим действительную скорость движения газа в циклоне по формуле:



Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%. Если условия не соблюдаются, выбираем другой тип циклона. Определяем величину расхождения 3,5 - 3,27=0,23% меньше чем 15%. Тип циклона выбран правильно.

5. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона или группы циклонов:

где к1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона(1);

к2 - поправочный коэффициент на запыленность газа(0.87);

x500 - коэффициент гидравлического сопротивления, учитывающий групповую компоновку циклонов(155);

к3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу(0).

6. Вычисляют потери давления в циклоне по формуле:

,

=0,5134,850,09(3,27)=64,88 Па

Для сети циклонов

где r - плотность газа в расчетном сечении циклона;

Плотность газа в расчетном сечении циклона определяют по формуле:

q=y/g, кг/м3,

кг/м3

g - удельная масса газа при рабочей температуре 1500С, она задана в условии и равна 0,84 кг/м3;

g - ускорение свободного падения, оно равно 9,8 м/с2.

Удельную массу рассчитывают по формуле:

, кг/м3 (2.2.3.6)

где k - постоянный коэффициент: для одиночных циклонов - 1,3; для групповых - 1,4;

- действительная температура газа в циклоне.

кг/м3

Принимаем g=0,988 кг/м3.

Плотность газа в расчетном сечении циклона определяют по формуле:

r = g/g, кг/м3

r= =0,09 кг/м3

Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление пылеуловителя изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное и конечное значения.

При достижении DPнач = DPкон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) пылеулавливающего устройства.

7. Вычисляем фактическую эффективность очистки газов в циклонах

h= 0,5[ 1+Ф(x)]

h= 0,5[ 1+0,8413]=0,92=92%

Параметр Ф(x) - представляет собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях в зависимости от параметра Х.

Определяем параметр Х по формуле:

8. Фактическая эффективность чистки выбранной группы циклонов должна быть не меньше необходимой по условию, которое рассчитывается по формуле:

=

где Свх. и Свых. - соответственно значения запыленности дымовых газов на входе и выходе их циклонов.

Если расчетное значение фактической эффективности очистки окажется меньше необходимого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то нужно выбрать другой вид циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления.

36%<98,5%

Таким образом, на первой ступени эффективность очистки газового выброса равна 36%.

Расчет параметров циклона

Зная, наш диаметр находим все необходимые значения(d=1711):

hП-высота входного патрубка;

hП=0,66*1700=1122=11,22

hТ=1,74*1700=2958=29,58

Hц=2,26*1700=3842=38,42

Hк=2*1700=3400=34,00

H=4,56*1700=7752=7,752

hB=0,59*1700=1003=10,03

d1=0,4*1700=680мм=6,8см

hфл-высота фланца;

hфл=0,1*1700=170мм=1,7см

ширина входного патрубка в циклоне, м

0,2*1700=340мм=3,4см

ширина входного патрубка на входе, м

0,26*1700=442мм=4,42см

3. Скруббер вентутри

3.1 Теоретическая часть

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с dч ? (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения:

- Образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки;

- Вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы;

- Необходимость создания оборотных систем подачи в пылеуловитель.

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури. Основная часть скруббера - сопло Вентури - 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки - 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости в узком сечении сопла 30-200м/с и более. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подается в каплеуловитель. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона.



Рис. 3.1.1 - Расчетная схема трубы Вентури:

1-конфузор; 2-горловина; 3-диффузор; - длины конфузора, горловины и диффузора соответственно;- диаметры конфузора, горловины и диффузора соответственно; - половины углов раскрытия конфузора, горловины и диффузора.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примеси до 100 г/м3. Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,1-6,0 л/м3. Круглые скрубберы Вентури применяют при расходе газа до 80000 м3/ч. При больших расходах газа и больших размерах трубы возможности распределения орошающей жидкости по сечению трубы ухудшаются, поэтому применяют несколько параллельно работающих круглых труб либо переходят на трубы прямоугольного сечения.

Задачей расчета скруббера Вентури является определение основных конструктивных размеров трубы Вентури и каплеуловителя.

3.2 Расчет скруббера Вентури

1. Из уравнения теплового баланса, составленного для 1м3 сухого газа методом последовательных приближений, находим температуру газа, на выходе из скруббера Вентури, по следующий формуле:

,0C (3.2.1)

где Сг, Сп, Сж - соответственно теплоемкость газа, пара и жидкости, ккал/кг, 0С; их принимают Сг=0,24, Сп = 0,48, Сж = 1 соответственно;

rг - плотность газа, кг/м3 с.г.; принимают rг =1,29 кг/м3 ;

tг, tж - температура газа жидкости, 0С; принимают tж=18-20 0С;

r - скрытая теплота испарения, ккал/кг, принимаем r=540 ккал/кг;

d - влагосодержание газа, кг/м3 с.г.:

принимают dвх=0,5, тогда dвых=0,409;

dвх=0,4, тогда dвых=0,318;

m - удельный расход воды на орошение, кг/м3. По условиям работы скруббера Вентури его принимают от 0,3 до 5,0 кг/м3;m=1,25

вх., вых. - надстрочные индексы, относящиеся соответственно к параметрам входа и выхода трубы Вентури.

0.241,29(100-tгвых)+540 (0,4-0,318)+0,48 (0,4100-0,318tгвых)?11,25(tгвых-18oC)

116,94oC ? 1,71254oCtгвых;

tгвых=116,94/1.71254=68,2oC

tгвых?68оС

Задаваясь значением tгвых=68 0С, при котором dвых=0,318, кг/м3 с.г., методом последовательных приближений находим tгвых; tгвых= tжвых, так как потерями тепла в окружающую среду через стенки оборудования можно пренебречь.

2. Объем газа при нормальных условиях определяют по формуле:

, м3/ч (3.2.2)

м/ч

где Q - объем газа на входе в скруббер Вентури м3/ч;

В - барометрическое давление,B=760 мм рт. ст.;

Ргвх - разрежение газа перед трубой Вентури, мм рт. ст. Его принимают в диапазоне 11-13 мм рт. ст.;

3. Влагосодержание на входе в трубу Вентури равно dвх=400г/м3 с.г., что соответствует температуре точки росы 720С (33% влаги). Тогда объем сухого газа будет равен:

,м3/ч (3.2.3)

м3/ч

4.Количество жидкости, подаваемое на трубу Вентури:

, кг/ч (3.2.4)

где m- удельный расход воды на орошение, который принимается от 0,3 до 5 кг/м3:

m =1,2 кг/м3

Gж= кг/ч

5. Разность влагосодержания на входе в трубу Вентури и выходе из нее:

Dd= dвх - dвых , кг/м3 с.г. (3.2.5)

при dвх =0,4; dвых=0.318 кг/м3

Dd = 0,4-0,318=0,082 кг/м с.г.

6. Количество сконденсированной влаги:

Gск.вл = , кг/ч (3.2.6)

Gск.вл = кг/ч

7. Объем сконденсированной влаги:

, м3/ч (3.2.7)

м/ч

где- плотность водяного пара при нормальных условиях,=0,804кг/м3.

8. Объем газа на выходе из скруббера при нормальных условиях:

, м3/ч (3.2.8)

м3/ч

9. Объем газа по условиям выхода из скруббера Вентури

Qгвых =, м3/ч в.г. (3.2.9)

, кг/м2 (3.2.10)

где - гидравлическое сопротивление трубы Вентури.

= , кг/м2 (3.2.11)

где - энергетические затраты на очистку 1000газа. По зависимости фракционной эффективности улавливания от энергозатрат на процесс очистки, определяем величину= 1,25 кВт/1000;

m - величина удельного орошения, рассчитанная по температуре и давлению газа на выходе из трубы Вентури, л/м3; m=0,6 л/м3;

- давление орошающей жидкости, кг/м2; =1-3 кг/м2.

кг/м2

кг/м2

кг/м2

= м3/ч в.г.

10. Значение скорости газа в горловине трубы Вентури:

, м/с (3.2.12)

где g - ускорение силы тяжести, м/с2; g=9,8 м/с2;

- плотность газа при условиях (по температуре и давлению) выхода из трубы Вентури:

, кг/м3 (3.2.13)

кг/м3

xC - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури:

xC = 0,165+0,034Ir/dr - ( 0,06+0,028 Ir/dr) M (3.2.14)

где Ir/dr - отношение длинны к диаметру горловины трубы Вентури; Ir/dr -задается от 0,15 до 3; Ir/dr=2;

М - число Маха:

(3.2.15)

где Wr - скорость газа в горловине. Ее задают в пределах 50 - 120 м/с;Wr =100 м/с.

=0,26 м/с

xC = 0,165+0,0342(0,06+0,0282) 0,26=0,167

xЖ - коэффициент гидравлического сопротивления жидкости

xЖ = 0,63xC (0,610-3)-0,3 (3.2.16)

xЖ = 0,630,167 (0,6 10-3)-0,3=0,97

м/с

12. При этой скорости газа в горловине трубы Вентури и Qгвых площадь сечения горловины равна:

, м2 (3.2.17)

м2

13. Диаметр горловины:

, м (3.2.18)

м

14. По каталогу выбираем скруббер Вентури, типа СВ210/120 - 1200 с расчетным диаметром горловины 210 мм.

15. Уточняем режим работы скруббера Вентури:

, м/с (3.2.19)

м/с

Погрешность разности в скоростях расчетной и уточненной составляет 0.9%, что вполне удовлетворяет заданной точности.

3.2.1 Конструктивные параметры трубы Вентури

Рисунок 3.2.1- Схема скруббера Вентури

, м (3.2.1.1)

, м (3.2.1.2)

, м (3.2.1.3)

, м (3.2.1.4)

=, м (3.2.1.5)

, м (3.2.1.6)

Принимаем ?1=200;?2=80

Fг=0,020 м

=0,25 м

Так как тип скруббера Вентури СВ210/120 - 1200 с расчетным диаметром горловины 210 мм, то:

=0,21м

м

м

Длина конфузора:

м

Длина горловины

м

Длина диффузора

м

циклон очистка воздух

Список литературы

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд.2-е. В 2-х кН.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. - 400 с.

2. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: Химия, 1981 - 812 с.

3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.М., "Химия", 1973. - 752 с.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л: Химия 1981. - 560 с.

Размещено на allbest.ru