Процессы и аппараты пылеочистки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

по курсовой работе

по дисциплине «Процессы и аппараты»

1. Тема работы

Определить конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки пыли в вихревом пылеуловителе

2. Сроки сдачи студентом законченной работы 20.04.2010

3. Исходные данные к работе

Определить конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки пыли в вихревом пылеуловителе при следующих исходных данных:

Производительность по запыленному воздуху, м³/ч 2400

Скорость воздуха в рабочей зоне аппарата, м/с до 10

Температура воздуха, поступающего на очистку, ⁰С 95

Плотность частиц, кг/м³ 4280

Начальная запыленность воздуха, кг/кг 0.0167

Давление в аппарате, МПа 0,1

Дисперсный состав пыли

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих вопросов). Расчет размеров аппарата, потери давления и гидравлическое сопротивление аппарата, эффективность пылеулавливания.

5. Перечень графического материала (указывается руководителем курсовой работы с точным указанием обязательных чертежей или графиков). Чертежи: 1. Вихревой пылеуловитель соплового типа, 2. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа, 3.Лопаточный завихритель, 4. Сопла.

6. Дата выдачи задания 17.02.2010

7. Календарный график курсовой работы (на весь период выполнения с указанием сроков)

1. Графический материал - 17.03.2010

2. Теоретическая часть - 30.03.2010

3. Расчетная часть - 7.04.2010

Примечание: задание прилагается к законченной курсовой работе и предъявляется при защите

Введение

Большое число современных химико-технологических процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно часть материалов переходит в аэрозольное состояние, образуя пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.

Пылевые частицы имеют большую суммарную поверхность, вследствие чего их химическая и биологическая активность очень высока. Некоторые вещества в аэродисперсном состоянии приобретают новые свойства, например способность взрываться. Частицы промышленной пыли имеют различные форму и размеры. Понятие размера частицы ввиду большого разнообразия форм условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр (диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности сравниваемой частицы). При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают. Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли.

В настоящее время известно несколько сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.

Естественными движущими силами процесса осаждения пылевых частиц в потоке являются силы тяжести и диффузии. Эти силы, однако, являются недостаточными для самопроизвольной очистки газов. Хотя улавливание наиболее крупных частиц иногда и осуществляют посредством естественного осаждения в гравитационном поле, в большинстве аппаратов современной пылеочистной техники используют более интенсивное силовое поле, создаваемое искусственно.

Так, для пылеулавливания широко применяют инерционные силы, проявляющиеся при изменении направления и скорости пылегазового потока, а также силы электрического притяжения предварительно заряженных частиц к осадительному электроду.

Находит применение в пылеулавливании и процесс коагуляции, в результате которого происходит образование укрупненных агрегатов, состоящих из нескольких частиц пыли. Этот процесс интенсифицируют с помощью инерционных, электрических или термических сил. В пылеулавливающих устройствах основной процесс осаждения частиц часто сопровождается побочными нежелательными процессами. Так, например, уже осажденные частицы могут вновь увлекаться газовым потоком, а агрегаты частиц, образовавшиеся в процессе коагуляции, разрушиться и т. д.

Для подавления вторичных процессов, мешающих пылеулавливанию, принимают специальные меры -- смачивают осадительные поверхности, снижают скорость газа, повышают электропроводность частиц, вводят в газ жидкость для увеличения прочности агрегатов частиц и т. п.

Чтобы выделить пылевидные частицы из газов, осуществляют фильтрование газов через пористые перегородки. В этом случае используют инерционный, электрический или диффузионный механизм осаждения частиц. Выбор механизма осаждения зависит от размеров пылевых частиц, скорости газового потока и других факторов.

В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.

Теоретическая часть

1. Классификация устройств для очистки воздуха от пыли

Пылеулавливающее оборудование при всем его многообразии может быть классифицировано по ряду признаков: по назначению, по основному способу действия, по эффективности, по конструктивным особенностям. Классификация пылеулавливающего оборудования дана в ГОСТ 12.2.043-80. Оборудование пылеулавливающее. Классификация.

Оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха в системах вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления, а также для защиты от загрязнения пылью воздушной среды зданий, сооружений и прилегающих к ним территорий, метрополитенов, подземных и открытых горных выработок, подразделяется на следующие типы:

· оборудование, применяемое для очистки от взвешенных частиц пыли воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления - воздушные фильтры;

· оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами вытяжной вентиляции - пылеуловители.

Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от воздушного потока применяют следующих исполнений: оборудование для улавливания пыли сухим способом, при котором отделенные от воздуха частицы пыли осаждаются на сухую поверхность; оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделяется на группы, по конструктивным особенностям - на виды. Пылеулавливающее оборудование, в котором отделение пыли от воздушного потока осуществляется последовательно в несколько ступеней, отличающихся по принципу действия, конструктивным особенностям и способу очистки, относят к комбинированному пылеулавливающему оборудованию.

2. Виды воздушных фильтров

Самоочищающиеся масляные фильтры с пружинной сеткой.

Очистка воздуха производится при его последовательном прохождении через две движущиеся бесконечные пружинные сетки, смоченные маслом (воздух проходит через четыре плоскости, смоченные маслом). Каждая сетка приводится в движение с помощью двух пар валов, получающих вращение от электродвигателя через редуктор. Необходимо обеспечить равномерное движение воздуха по всему сечению фильтра со скоростью до 3 м/с.

При движении пружинных сеток их нижние части погружаются в масляную ванну и при этом очищаются от осевшей на них пыли. Масло в ванне периодически сменяется. Применяют масло висциновое, веретенное, трансформаторное, турбинное и др. Сорт масла должен соответствовать времени года согласно рекомендации завода-изготовителя фильтров.

Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками.

Фильтрующий слой создают сетчатые шторки, прикрепленные к втулочным цепям, надетым на приводные шестеренки. На вертикальных участках движения цепей шторки перекрывают друг друга. В нижней и верхней частях фильтра шторки разъединяются. При прохождении шторок через масляную ванну они промываются, и слой масла обновляется. Шторки движутся периодически - через 12 минут.

Фильтрующая панель поворачивается за 12 - 20 с. (в зависимости от размеров фильтра). Удельная воздушная нагрузка фильтра 8350 м³/(чЧм³). Установка фильтров снабжается системой маслоснабжения с его подогревом, циркуляцией и очисткой.

Рекомендуемая скорость воздуха при прохождении фильтра 2,5 - 2,6м/с.

Самоочищающиеся фильтры со шторками выпускает ряд зарубежных фирм и отечественных предприятий.

Рулонные фильтры

Промышленность до недавнего времени изготовляла рулонный фильтр ФРУ, предназначенный для очистки приточного и рециркуляционного воздуха с запыленностью менее 0,5 мг/м³. Возможно применение фильтра и при большей запыленности при технико-экономическом обосновании. Серийно выпускались фильтры производительностью 20-120 м³/ч. Фильтры могут устанавливаться в вентиляционных камерах и в кондиционерах.

Фильтр собирают из двух или трех секций в зависимости от требуемой производительности. Секция состоит из сварного корпуса, подвижной решетки. Решетка натянута между нижним и верхним валами. Нижний вал - ведущий. В верхней и нижней частях каркаса установлены катушки с фильтрующим материалом. Перемещение решеток и вращение катушек осуществляется с помощью электродвигателя мощностью 0,25 кВт через редуктор. По мере загрязнения материал перематывается с верхних катушек на нижние. В фильтре применяют фильтрующий материал типа ФСВУ. Он представляет собой слой из стеклянного волокна толщиной 30 - 50 мм, промасленный и пропитанный в процессе изготовления связующими веществами. Слой обладает рыхлостью и упругостью. Материал изготовляется в виде полотнищ длиной 15 м. Подвижная решетка обеспечивает необходимую жесткость и прочность фильтрующего слоя.

Перемотка катушек производится периодически при достижении определенного значения гидравлического сопротивления в результате накопления пыли. Скорость перемещения материала при перемотке около 0,5 м/мин.

Воздушные фильтры высокой эффективности с материалами ФП

Материалы ФП и процесс их получения разработаны в Физико-химическом институте им. Л. Я. Карпова. Материалы ФП представляют собой исключительно равномерные слои ультратонких полимерных волокон.

Поскольку механическая прочность слоя волокон материала ФП невелика, он нанесен на тканевую подложку (марля, бязь, перкаль), которая и обеспечивает необходимую прочность.

В большинстве материалов ФП волокна сцеплены между собой за счет сил трения, и фильтрующий слой выдерживает значительную деформацию. Удлинение при разрыве - от 30 - 50%. Высокая пластичность обеспечивает надежную эксплуатацию фильтров, снаряженных материалами ФП.

Материалы ФП в зависимости от того, из какого полимера они изготовлены, стойки к различным химическим веществам, к высоким температурам - до 250 - 270°C.

Волокна ФП имеют вид ленты, ширина которой в 3 - 5 раз больше толщины. Материалы ФПП обычно обозначают по размеру волокон, а именно по ширине: например, ФПП-15, ФПП-25, ФПП-70 - обозначает фильтр Петрянова из перхлорвиниловых волокон шириной волокон соответственно 1,5; 2,5; 7,0 мкм.

Материалы ФП, изготовленные из полимеров с высокими изоляционными свойствами (перхлорвинил, полистирол), могут получать и удерживать электрические заряды. В результате повышается эффективность фильтра.

При длительном хранении, механическом воздействии, при высокой влажности, под воздействием ионизирующих излучений фильтровальные материалы теряют электрические заряды. Это же происходит и при накоплении в фильтре пыли в результате длительной эксплуатации.

Электрические воздушные фильтры

Фильтры, применяемые для очистки от пыли приточного воздуха, устроены несколько иначе, чем электрические пылеуловители, используемые для очистки выбросов в атмосферу.

Электрический воздушный фильтр - двухзонный. Вначале поток воздуха, подвергающегося очистке, проходит зону 1, которая представляет собой решетку из металлических пластин с натянутыми между ними коронирующими электродами из проволоки. К электродам подведен постоянный ток напряжением 13-15 кВ положительного знака от выпрямителя 2. Получив электрический заряд при прохождении ионизационной зоны, пылевые частицы в потоке воздуха направляются в осадительную зону 3. Она представляет собой пакет металлических пластин, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 8 - 12 мм. К каждой второй пластине подведен ток напряжением 6,5 - 7,5 кВ положительного знака. Пыль осаждается на заземленных пластинах, к которым ток не подведен.

Вокруг коронирующего электрода происходит электрический разряд, сопровождающийся свечением («корона»). В результате электрических разрядов происходит выделение атомарного кислорода (одноатомные молекулы), образование озона O₃, а также оксидов азота. При напряжении, применяемом в воздушных фильтрах, и при наличии в нем двух зон озон и оксиды азота выделяются в небольших количествах и опасности для людей не представляют. В электрических пылеуловителях, применяемых для очистки выбросов, используют ток напряжением 80-100 Вт, кроме того, в этих аппаратах к коронирующим электродам подведен ток отрицательного знака, что по имеющимся данным сопровождается более интенсивным выделением вредных веществ (в 8 раз).

Сила электрического тока и потребляемая мощность в электрических фильтрах невелики и находятся в пределах соответственно 0,8 мА и 10 Вт на 1000 м³/ч очищаемого воздуха.

3. Пылеуловители для очистки выбросов в атмосферу

Пылеосадительные камеры.

Очистку газов от пыли под действием сил тяжести производят в пылеосадительных камерах (рис. 1). Запыленный газ поступает в камеру 1, внутри которой установлены горизонтальные перегородки (полки) 2. Частицы пыли оседают из газа при его движении между полками, расстояние между которыми обычно составляет 0,1--0,4 м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь осаждающихся частиц пыли. Вместе с тем наличие полок позволяет увеличить эффективную поверхность осаждения частиц. Уменьшение пути частиц и увеличение поверхности осаждения способствуют уменьшению времени осаждения и, следовательно, повышению степени очистки газа и производительности камеры. Однако скорость потока газа в камере ограничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры.

Газ, пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перегородку 3 (при этом из него осаждается под действием сил инерции дополнительно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Одновременно отражательная перегородка способствует более равномерному распределению газа между горизонтальными полками камеры, так как в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется с них вручную специальными скребками через дверцы 4 в боковой стенке или смывается водой. Для непрерывной очистки газа от пыли камеру делят на два самостоятельных отделения или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделении (или в одной камере) производится очистка газа, в это же время другое отделение (камера) очищается от осевшей в нем пыли.

Степень очистки газа от пыли в этих аппаратах обычно не превышает 30-40%.

Инерционные пылеуловители.

Действие пылеуловителей такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока, которое сопровождается значительным уменьшением его скорости. Устанавливая на пути движения запыленного газа (например, в газоходе) отражательные перегородки или применяя коленчатые газоходы, изменяют направление движения газа на 90° или 180°. При этом частицы пыли, стремясь сохранить направление своего первоначального движения, удаляются из потока. Для эффективного улавливания пыли скорость потока газа перед перегородками должна составлять не менее 5-15 м/сек.

Инерционные пылеуловители отличаются простотой устройства, компактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60%) пыли (размер удаляемых частиц более 25 мкм). К недостаткам инерционных пылеуловителей относятся также сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быстрый износ и забивание перегородок.

Жалюзийный пылеуловитель (рис. 2) состоит из собственно инерционного первичного пылеуловителя 1 и вторичного пылеуловителя - циклона 2. Запыленный газ поступает в пылеуловитель 1, жалюзи 3 которого представляют собой набор наклонных колец, установленных с зазором 2-3 мм и немного перекрывающих друг друга. Жалюзи имеют коническую форму для того, чтобы скорость газа в различных поперечных сечениях аппарата оставалась примерно постоянной.

Частицы пыли, ударяясь о кольца жалюзи, отбрасываются к оси конуса, а освобождаемый от наиболее крупных частиц пыли газ проходит через зазоры в конусе и удаляется через патрубок 4. Небольшая часть газа (примерно 10%), в которой концентрируется основная масса частиц, поступает в циклон 2, где под действием центробежных сил освобождается от основной массы пыли и возвращается на доочистку в первичный жалюзийный пылеуловитель. Пыль удаляется из циклона через патрубок 5.

Циклон конструкции Научно-исследовательского института по санитарной и промышленной очистке газов (НИИОгаз) состоит (рис. 3) из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 5. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/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 вращательном 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 трубу 6.

Движение частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращательным 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.

В циклонах НИИОгаз с диаметром корпуса от 100 до 1000 мм степень очистки газов от пыли составляет 30-85% (для частиц диаметром 5 мкм) и с увеличением диаметра частиц повышается до 70-95% (для частиц диаметром 10 мкм) и далее до 95-99% (для частиц диаметром 20 мкм). При этом содержание пыли в очищаемом газе не должно превышать 0,2-0,4 кг/м³. Лишь для циклонов диаметром 2000-3000 мм допускается увеличение начальной концентрации пыли в газе до 3-6 кг/м³.

Батарейный циклон

Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15-20 ^СС выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.

Степень очистки газа в циклонах зависит от величины фактора разделения К_р = w²/rg . Из этого выражения видно, что степень очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возрастание гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются батарейными циклонами, или мультициклонами.

На рис. 4 показан батарейный циклон, состоящий из параллельно работающих циклонных элементов, смонтированных в общем корпусе 1. Запыленный газ через входной патрубок 2 попадает в газораспределительную камеру 5, ограниченную трубными решетками 4, в которых герметично закреплены циклонные элементы 5. Газ равномерно распределяется по отдельным элементам, действие которых основано на том же принципе, что и работа обычных циклонов. Очищенный газ выходит из элементов в общую камеру и удаляется через патрубок 6. Пыль собирается в коническом днище (бункере) 7.

Устройство циклонных элементов показано на рис. 5. Газ поступает в элементы не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом 1 и выхлопной трубой 2. В кольцевом зазоре установлено закручивающее лопастное устройство 3 в виде «винта» (рис.5,а), имеющего две лопасти, наклоненные под углом 25°, или «розетки» (рис.5,б) с восемью лопатками, расположенными под углом 25° или 30°. При помощи такого устройства обеспечивается вращение газового потока. Пыль из элемента ссыпается через пылеотводящий патрубок 4 в общую пылесборную камеру аппарата.вихревой пылеуловитель фильтр устройство



Имеется ряд конструкций батарейных циклонов, отличающихся формой корпуса элементов (например, с элементами цилиндрической формы), их расположением в пространстве (горизонтальные элементы) и способами сообщения газу вращательного движения. Так, в прямоточных батарейных циклонах (рис. 6) частицы пыли отбрасываются с помощью закручивающего устройства 1, расположенного по оси входной трубы 2, к ее внутренней поверхности и удаляются вместе с небольшой частью газа (5-10%) через кольцевую щель 3 в пылесборную камеру, а очищенный газ выводится через выхлопную трубу 4. Такие батарейные циклоны более компактны и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением, но они менее эффективны, чем обычные батарейные циклоны.

Широко распространенные батарейные циклоны изготовляются с нормализованными элементами диаметром 100, 150 и 250 мм; они рассчитаны на очистку газов с содержанием пыли 0,05-0,1 кг/м³. Степень очистки газа в батарейных циклонах несколько отличается от степени очистки его в обычных циклонах и составляет 65-85% (для частиц диаметром 5 мкм), 85-90% (для частиц диаметром 10 мкм) и 90- 95% (для частиц диаметром 20 мкм).

Для нормальной работы батарейного циклона необходимо, чтобы все его элементы имели одинаковые размеры, а очищаемый газ - равномерно распределялся между элементами. В этих условиях гидравлическое сопротивление элементов будет одинаковым. Батарейные циклоны целесообразно применять, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и исключена возможность ее прилипания к стенкам аппарата, что затрудняло бы очистку элементов.

Батарейные циклоны обычно используют, когда расходы запыленного газа велики и применение нескольких обычных циклонов менее экономично.

Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции (не имеют движущихся частей) и могут быть использованы для очистки химически активных газов при высоких температурах. По сравнению с аппаратами, в которых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести или инерционных сил, циклоны обеспечивают более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.

К недостаткам циклонов относятся; сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400-700 н/м², или 40-70 мм вод.ст.), невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм (70-95%), механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.

В циклонах рекомендуется улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.

Ротационные пылеуловители

В ротационных пылеуловителях очистка газов (воздуха) от пыли основана на использовании центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса аппарата.

Характерной особенностью ротационных пылеуловителей является то, что в одном аппарате совмещен побудитель (вентилятор) и пылеуловитель. Благодаря этому аппарат более компактен, чем установка, состоящая из вентилятора и пылеулавливающего устройства. Ротационный пылеуловитель потребляет меньше электроэнергии, чем вентилятор и пылеуловитель в сумме.

Ротационные пылеуловители делятся на две основные группы в зависимости от места подвода запыленного потока к аппарату. Большая часть ротационных пылеуловителей относится к группе, в которой запыленный поток поступает в центральную часть колеса, вращающегося в кожухе. Пылевые частицы под действием центробежных сил и сил Кориолиса отбрасываются на периферию диска и оттуда поступают в пылесборник.

Применяются также аппараты ротационного типа, в которых для повышения эффективности очистки запыленный поток соприкасается с водной поверхностью, отдавая воде часть содержащейся в нем пыли.

Рис.7

Ротационные пылеуловители служат для очистки воздуха (газов) от неслипающихся и слабослипающихся пылей при их значительной концентрации в потоке.

Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рис. 7. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 4. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4.

Вихревые пылеуловители

В вихревом пылеуловителе, как и в циклоне, сепарация пыли основана на использовании центробежных сил. Основное отличие вихревых пылеуловителей от циклонов заключается в наличии вспомогательного закручивающего газового потока.

Применяют два вида вихревых пылеуловителей: сопловые и лопаточные(рис.8)

В аппарате и того и другого типа запыленный газ поступает в камеру через входной патрубок с завихрителем типа «розетка» и обтекателем. В кольцевом пространстве между корпусом аппарата и входным патрубком расположена подпорная шайба, которая обеспечивает безвозвратный спуск пыли в бункер.

Обтекатель направляет поток газа к периферии. Пылевые частицы за счет воздействия центробежных сил перемещаются из центральной части потока к периферии.

Далее процесс в аппаратах двух видов несколько отличается. В сопловом аппарате на запыленный поток воздействуют струи вторичного воздуха (газа), выходящие из сопел, расположенных тангенциально. Поток переходит во вращательное движение.

Отброшенные под воздействием центробежных сил к стенкам аппарата пылевые частицы захватываются спиральным потоком вторичного воздуха (газа) и вместе с ним движутся вниз в бункер. Здесь частицы пыли выделяются из потока, а очищенный воздух (газ) снова поступает на очистку.

Эксперименты показали положительную роль повышения давления вторичного воздуха до 30 - 40 кПа сверх атмосферного. Эффективное пылеулавливание может быть обеспечено и при меньшем давлении. Сопла для подачи вторичного воздуха нужно расположить по нисходящей спирали. Оптимальной явилась установка 8 сопел диаметра 11 мм двумя спиральными рядами под углом наклона 30°.

В аппарате лопаточного типа вторичный воздух, отобранный в периферии очищенного потока, подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками. По основным показателям аппараты лопаточного типа оказались более эффективными: при одинаковом диаметре камеры - 200 мм и производительности 330 м³/ч гидравлическое сопротивление соплового аппарата составило 3,7Ч10³ Па, эффективность 96,5 %, а лопаточного соответственно 2,8Ч10³ Па и 98% (при улавливании особо мелкодисперсной пыли).

Применяют следующие способы подведения к вихревому пылеуловителю воздуха, необходимого для закручивания обеспылеваемого потока: из окружающей среды, из очищенного потока, из запыленного потока. Первый вариант целесообразен, если очистке подвергается горячий газ, который необходимо охладить. Применяя второй вариант, можно несколько повысить эффективность очистки, так как для использования в качестве вторичного воздуха отбирают периферийную часть потока очищенного воздуха с наибольшим содержанием остаточной пыли. Третий вариант наиболее экономичен: производительность установки повышается на 40 - 65 % с сохранением эффективности очистки.

Вихревой пылеуловитель может применяться для очистки вентиляционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в химической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности. В вихревых пылеуловителях достигается весьма высокая для аппаратов, основанных на использовании центробежных сил, эффективность очистки - 98 - 99 % и выше. На эффективность очистки оказывает незначительное влияние изменение нагрузки (в пределах от 50 до 115 %) и содержания пыли в очищаемом воздухе (газе) - от 1 до 500 г/м³. Аппарат может применяться для очистки газов с температурой до 700°С. В вихревом пылеуловителе не наблюдается износа внутренних стенок аппарата, что связано с особенностями его воздушного режима. Аппарат более компактен, чем другие пылеуловители, предназначенные для сухой очистки выбросов.

Рис.8(а-сопловый,б-лопаточный)

Процесс обеспыливания в таком пылеуловителе происходит следующим образом: запыленный газ поступает в камеру 5 через изогнутый патрубок 4. Для предварительного закручивания запыленного газа в камеру 5 встроен лопаточный завихритель типа «розетки» 2. В ходе своего движения вверх к выхлопному патрубку 6 газовый поток подвергается действию вытекающих из завихрителя 1 (наклонные сопла в ВПУ соплового типа, наклонные лопатки в ВПУ лопаточного типа) струй вторичного воздуха, которые придают потоку вращательное движение. Под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к его периферии, откуда спиральными струями вторичного потока перемещаются к низу аппарата в кольцевое межтрубное пространство. Безвозвратный спуск пыли в бункер обеспечивается подпорной шайбой 3. Вторичный воздух в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно проникает в него.

Фильтрационные пылеуловители

В фильтрационных пылеуловителях очистка воздуха (газа) от пыли происходит при прохождении запыленного потока через слой пористого материала. В качестве фильтрующего слоя используют ткани, кокс, гравий и др.

Процесс фильтрации основан на многих физических явлениях (эффект зацепления, в том числе ситовый эффект, - аэрозольные частицы задерживаются в порах и каналах, имеющих сечение меньше, чем размеры частиц; действие сил инерции - при изменении направления движения запыленного потока частицы отклоняются от этого направления и осаждаются; броуновское движение - в значительной мере определяет перемещение высокодисперсных субмикронных частиц; действие гравитационных сил, электростатических сил - аэрозольные частицы и материал могут иметь электрические заряды или быть нейтральными).

По мере накопления в фильтрующем слое задержанных частиц режим фильтрации меняется. Для поддержания его в требуемых пределах производят регенерацию фильтра, которая заключается в периодическом или систематическом удалении задержанных частиц.

Большинство фильтров обладает высокой эффективностью очистки. Фильтры применяют как при высокой, так и при низкой температуре очищаемой среды, при различной концентрации в воздухе взвешенных частиц.

Соответствующим подбором фильтровальных материалов и режима очистки можно достичь требуемой эффективности очистки в фильтре практически во всех необходимых случаях.

Во многих конструкциях фильтровальных пылеуловителей режим работы фильтра, в частности, режим регенерации, поддерживается автоматически.

Обладая многими положительными качествами, фильтрующие устройства в то же время не лишены недостатков: стоимость очистки в фильтрах выше, чем в большинстве других пылеуловителей, в частности, в циклонах. Это объясняется большей конструктивной сложностью фильтров по сравнению с другими аппаратами, большим расходом электроэнергии. Многие конструкции фильтрационных пылеуловителей более сложны в эксплуатации и требуют квалифицированного обслуживания.

Расчетная часть

Определить конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки пыли в вихревом пылеуловителе при следующих исходных данных:

Производительность по запыленному воздуху, м /ч 2400

Скорость воздуха в рабочей зоне аппарата, м/с до 10

Температура воздуха, поступающего на очистку, °С 95

Плотность частиц, кг/м³ 4280

Начальная запыленность воздуха, кг/кг 0,0167

Давление в аппарате, МПа 0,1

Расчет

Определяем геометрические размеры аппарата. Диаметр вихревого пылеуловителя

D = [4V/ (рw)]^0,5

D=[4 * 2400/(3,14 * 10 * 3600)]^0.5 = 0,29 м.

Принимаем диаметр аппарата D = 0,3 м.

Действительная скорость газа в аппарате:

v = 4V/(рD² * 3600);

v = 4 * 2400/(3,14 * 0,3² * 3600) =9,8 м/с.

Определяем значения коэффициентов х₁ и х₂, задаваясь коэффициентом a =F2 /F₁ =2 и коэффициентом г = v/v₁= 0,5 (где F₁, F₂ - проходные сечения патрубков верхнего и нижнего потоков, v₁ - скорость газа в верхнем патрубке):

ч1= [г/(1 + a)]^0,5 = [0,5/(1 + 2)]^0,5 = 0,408;

ч2= [1 -aг/(1 + a)]^0,5 = [1 - 2 * 0,5/(1 + 2)]^0,5 =0,801.

Диаметр ввода нижнего потока:

D₁ = ч₁ D = 0,408 * 0,3 =0,12 м.

Диаметр патрубка вывода очищенного воздуха:

Dвых = ч₂D = 0,801 * 0,3 = 0,22 м.

Высота рабочей зоны аппарата:

Hр.з.= (2,8...3,1)D =3,1 * 0,3 =0,93 м.

Примем высоту H _рз =1 м.

Диаметр отбойной шайбы

D_ш = (0,9...0,95)D = 0,93 * 0,3 =0,28 м.

Площадь ввода верхнего и нижнего потоков:

F2 =F - F_вых = (р/4)(D² - D² вых ) =(р/4)(0,3² - 0,22²) = 0,033 м²;

F₁ = рD₁²/4 = 0,785 * 0,12² = 0,0113 м².

Фактическое соотношение величины a:

a = F₂/ F₁ =0,03/0,0113 = 2,9.

Так как для промышленных аппаратов значение а должно быть в пределах 2…4, то коррекцию геометрических размеров аппарата проводить не следует.

Диаметр вытеснителя:

d_выт = 0,1D = 0,1 * 0,3 =0,03 м.

Лопатки завихрителей нижнего и верхнего потоков рекомендуют установить под углом в = 30° к горизонту.

Рассчитаем потери давления в аппарате.

Конструктивный параметр интенсивности крутки потока:

п = (8D1² /3р)[( D1³ - dвыт³ )/( D1² - dвыт²)]tgв =

(80,12³ /33,14)[(0,12³ - 0,03³)/(0,12² - 0,03²)] tg30⁰ = 0,545 .

Коэффициент гидравлического сопротивления нижнего потока:

о1 = 5,5n + [260 + 4,8(n - 3,8)²][(V₂/ V) - 0,3]³ = 5,5 * 0,545 + [260 + 4,8(0,545 - 3,8)²][(1776/2400) - 0,3]³ = 29,5 .

Коэффициент гидравлического сопротивления верхнего потока

о₂ = 2,6 +158(0,6 - V₂/V)² = 2,6 +158(0,6 -1776/2400)³ = 2,6.

Общий коэффициент гидравлического сопротивления:

о= о1(1 - V2/V)³ (F/F1)² + о2 V2/V)³ (F/F1)² = 29,5(1 - 0,74)³ х х (0,071/0,0113)² + 2,6(0,74)³(0,071/0,033)² = 25,3.

Гидравлическое сопротивление аппарата

ДР = о р v²/2 = 25,3 * 0,96 * 9,8/2 = 1460 Па

Рассчитаем эффективность пылеулавливания.

Площадь ввода нижнего потока разбиваем на кольцевые участки с радиусами r_1i = 0,02; 0,035; 0,055.

Значения эмпирических коэффициентов а и b, характеризующих аэродинамику аппарата.

a = -[5,5(V2/V1 ) + 2,8] = -(5,5 * 2,9 + 2,8) = -18,75 ;

b = [5,5(V2/V1) + 0,4](1/R) = (5,5 * 2,9 + 0,4)(1/0,15) = 109.

Радиус разделения потоков:

R₀ = (1 - 0,19V₂/V₁)R = (1 - 0,19 * 2,9) * 0,15 = 0,067 м.

Рассчитаем поправочный коэффициент для определения минимального диаметра улавливаемых частиц для r₁₁ = 0,015 м:

K11 = b( r_1i. - R0) + 1 _ln R0(a + b r_1i) =

a(a + R₀ )(a + b r_1i ) a² b r_1i (a + bR₀ )

= 109(0,015 - 0,067) +

-18,75(-18,75 +109 * 0,067)(-18,75 +109 * 0,015)

+ 1 ln 0,067(-18,75+109*0,015) =6,94 *10^-3.

(-18,75)² 0,015(-18,75+109*0,067)

Рассчитаем минимальный диаметр улавливаемых частиц, вылетающих с радиуса r₁₁ = 0,015 м:

Аналогично рассчитываем K_1i и d_1i для радиусов: r_1i = 0,02 м;

r_1i = 0,035 м; r_1i = 0,055 м.

Рассчитываем фракционную эффективность улавливания частиц, поступающих в пылеуловитель с нижним потоком и вылетающих с радиуса r₁₁ = 0,015 м:

е_фi = [(r1² -r1²)/(r1² - г_в²_ыт)] * 100;

е_фi =[(0,06² -0,015²)/(0,06² -0,015²)] 100 = 100 %.

Аналогично проводим расчет для радиусов r₁₂ = 0,02 м; r₁₃ = 0,035 м;

r₁₄ = 0,055 м.

Результаты расчетов представлены в табл.1:

Таблица 1

r1i.,м	К1i.,м	d1i.,м	ефi, %
0,015 0,02 0,035 0,055	6,94-10-3 5,68-10-3 3,43-10-3 1,18-10-3	2,94-10-6 2,18-10-6 1,47-10-6 1,3-10-6	100 94,8 70,4 17,0

Определяем поправочный коэффициент для расчета минимального диаметра улавливаемых частиц. Ввод верхнего потока разбиваем на кольцевые участки с радиусами r_2i = 0,11; 0,12, 0,13, 0,14.

Для r_2i = 0,11

Рассчитываем минимальный диаметр улавливаемых частиц, вылетающих с радиуса r_2i = 0,11 м:

Аналогично рассчитываем значения K_2i и d_2i для радиусов r_2i = 0,12; 0,13; 0,14.

Определяем фракционную эффективность пылеулавливания частиц, поступающих в пылеуловитель с верхним потоком для r_2i =0,11 м:

Аналогично рассчитываем эффективность пылеулавливания частиц, вылетающих с радиусов r_2i = 0,12; 0,13; 0,14 м. Результаты расчетов представлены в табл.2:

Таблица 2

r2i,м	К2i,м	d2i,м	eфli,%
0,11 0,12 0,13 0,14	2,39-10-2 2,28-10-2 2,0-10-2 1,55-10-2	3,2-10-6 2,8-10-6 1,94-10-6 1,80-10-6	100 77,9 53,9 27,9

Анализ полученных данных показывает, что частицы размером более 3,2-10^-6 м полностью улавливаются в пылеуловителе. С целью определения общей эффективности пылеулавливания приведем дополнительный анализ фракции 0.. .5 мкм. Распределение выглядит следующим образом: 0.. .2 мкм- 3 %, 2...4 мкм - 3 %, 4...5 мкм - 7 %.

Общая эффективность пылеулавливания аппарата:

- для нижнего потока

- для верхнего потока

- общая эффективность

e = [(V1/ V )з1 + (V₂/V )з₂ ] 100 = (0,26 - 0,951 + 0,74 - 0,946) 100 = 94,7 %.

Заключение

Под эффективным улавливанием понимают улавливание с эффективностью более 90%. Однако, эффективность улавливания частиц является в основном ориентировочной, поскольку зависит от концентрации пыли в очищаемом воздухе, от ее слипаемости, волокнистости, которые значительно влияют на коагуляцию пыли. В результате расчетов, общая эффективность пылеулавливания аппарата составила 94.7%,что определяет эффективное улавливание.

Список литературы

• 1. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии по проектированию. М.: Химия, 1991. 496
• 2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Альянс, 2006.-752 с.
• 3. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005

4. Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.

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

6. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 3-е изд. - М., Химия, 1987. - 540 с.

Размещено на Allbest.ru