Расчет батарейного циклона (стр. 3 из 3)
Устройство циклонных элементов показано на рис. 3. 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. 3, а), имеющего две лопасти, наклоненные под углом 25°, или «розетки» (рис. 3, 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.
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 (см. рис. 1) 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.
2. Технологическая схема батарейного циклона и его элементов
Рис. 1. Циклон конструкции НИИОгаз.1 – корпус;2 – коническое днище;3 – крышка;4 – входной патрубок;5 – пылесборник;6 – выхлопная труба.  |
Рис. 2. Батарейный циклон:
1 – корпус циклона;
2 – входной патрубок;
3 –газораспределительная камера;
4 – трубные решетки;
5 – циклонные элементы;
6 – выходной патрубок для очищенного газа;
7 – коническое днище (бункер).
Рис. 3. Элементы батарейного циклона:
а – элемент с закручивающим устройством «винт»;
б – элемент с закручивающим устройством «розетка»;
1 – корпус элемента;
2 – выхлопной патрубок;
3 – закручивающее устройство;
4 – пылеотводящий патрубок.
3.Технологический расчет батарейного циклона
Условие:
В батарейном циклоне (рис. 4) требуется очищать от пыли 7700 м3/ч газа при температуре 300 °С. Плотность газа (при 0 °С и 760 мм рт. ст.) 1,3 кг/м3 . Барометрическое давление составляет 98 634 Н/м2 (750 мм рт. ст.). На входе в батарейный циклон газы находятся под разрежением 294,0 Н/м2 (30 мм вод. ст.). Гидравлическое сопротивление батарейного циклона не должно превышать 392 Н/м2 (40 мм вод. ст.). Плотность пыли 2400 кг/м3. Запыленность газа 50 г/м3 при 0 °С и 700 мм рт. ст. Пыль слабо слипающаяся.
Решение.
Характеристики циклонных элементов типа БЦ с розеточным направляющим аппаратом в случае улавливания слабо слипающейся пыли с плотностью 2400 кг/м3 при Δр/ρ = 736 м2/с2 (или Δр/γ =75 м ) приведены в табл. 2.
На основании данных этой таблицы выбираем циклонные элементы диаметром 150 мм (допускаемая запыленность газа до 35 г/м3).
Определим плотность газа при рабочих условиях:
ρ = ρ 0 ∙ (T/T+t)∙(p/p0)
ρ =
= 0,609 (кг/м3).По условию потеря Δр не должно превышать 392 Н/м2 ( 40 мм вод. ст. ).
Соотношение Δр/γ = 392/ 0,609 = 643,6( м2/с2) (или Δр/γ = 40/0,609=65,7 м) не выходит из рекомендуемых пределов 540 – 736 м2/с2 ( или 55 – 75 м ).
Для направляющего аппарата типа розетки с углом наклона лопастей к горизонтали 25о коэффициент гидравлического сопротивления ξ = 90.
Скорость газа в цилиндрической части циклонного элемента wц определяем из формулы:
Расход газа на один элемент батарейного циклона:
V1 = 0,785D2 ∙ 3600wЦ = 0,785·0,1502·3600·3,78 = 240 (м3/ч) .
Требуемое число элементов: n = 7800(м3/ч) / 240(м3/ч) = 32,5 (шт.).
Принимаем:
п = 32 шт.
Располагаем их в четыре ряда по ходу газа (восемь элементов в каждом ряду).
Таблица 2
| Диаметрэлемента, мм | Наибольшая допускаемаязапылённость,г\м3(при 0 оС и 760 мм рт. ст. | Степень улавливания пыли (%) при диаметре частиц: | Коэффициент гидравлического сопротивления ξ при угле наклона лопастей | |||
| 5 мкм | 10 мкм | 15 мкм | 25о | 30о | ||
| 250 | 75 | 72 | 84 | 93 | 90 | 65 |
| 150 | 35 | 78 | 88 | 95 | ||
| 100 | 15 | 82 | 91 | 96 | ||
В данной курсовой работе произведен расчет батарейного циклона. В результате этого были получены следующие данные: число мультициклонов получилось равным 32. Располагаем их в 4 ряда по ходу газа, по 8 элементов в каждом ряду. Скорость газа в цилиндрической части циклонного элемента wц - 3,78 м/с, а расход газа на один элемент батарейного циклона - 240 м3/ч.
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 довольно широко распространены в промышленности. Они имеют следующие достоинства:
- отсутствие движущихся частей в аппарате;
- надежность работы при высоких температурах вплоть до 50ºС;
- возможность улавливания абразивных пылевых материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
- улавливание пыли в сухом виде;
- почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
- успешная работа при высоких давлениях;
- простота изготовления.
Но несмотря на многочисленные достоинства, они имеют и недостатки:
- плохое улавливание частиц размером менее 10 мкм;
- невозможность использования циклонов для очистки газов от липких загрязнителей;
- сравнительно высокое гидравлическое сопротивление;
- механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли;
- чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.
Поэтому для усовершенствования данного процесса очистки промышленных выбросов рекомендуется: повысить эффективность улавливания частиц пыли размером меньше 10мкм; рекомендуется понизить гидровлическое сопротивление; использовать механически стойкие материалы для корпуса аппарата, которые будут меньше истираться частицами пыли. А также для увеличения степени улавливания пыли требуется использовать диаметр элемента равным 100 мм. В этом случае эффективность улавливания повышается до 90%.
Таким образом, для очистки газообразных и газопылевых выбросов с целью их обезвреживания или извлечения из них дорогих и дефицитных компонентов применяют различное очистное оборудование и соответствующие технологические приемы. Выбор того или иного типа устройства зависит от конкретных условий работы установок и требований, предъявляемых к его работе: наибольшее значение коэффициента осаждения материала, минимальное сопротивление разгрузочного устройства, надежность в эксплуатации. Поэтому, в последнее время предпочтение отдается батарейным циклонам.
Список используемой литературы:
1. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 1986 г., 544 с.
2. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия. 1992. – 384 с.
3. Калыгин В.Г. Промышленная экология. М.: изд. МНЭПУ, 2000, 240 с.
4. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. Под ред. Родионова А.И., Кузнецова Ю.П. и др. М.: Химия, 1985 г., 352 с.
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987.
6. Степановских А.С. Охрана окружающей среды. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2002 г., 560 с.
7. Ужов В.Н. и др. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Мысль, 1991 г.,292 с.