Расчет циклона СДК-ЦН-33

">     Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют для очистки больших объемов газа. Они имеют сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление – 400-850 Па. Для частиц размером 2-5 мкм степень очистки составляет ~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скорости газа; во входном wпатрубке _г=18¸20 м/с, а в сечении скруббера w_г = 4¸5 м/с.

     Пенные  аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1-4 м/с. Пенные газоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением D(Р одной полки около 600 Па). Для частиц с диаметром d >5 мкм эффективность их улавливания на одной полке аппарата 90-99%; при d < 5 мкм h = 75¸90%. Для повышения h устанавливают двух- и трехполочные аппараты.

     Скрубберы Вентури - высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но работающие с большим расходом энергии (рис. 5). Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100-200 м/с, а в некоторых установках - до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции. Скруббер Вентури - универсальный малогабаритный аппарат, обеспечивающий улавливание тумана на 99-100%, частиц пыли с d = 0,35¸0,01 мкм - на 50–85% и частиц пыли с d = 0,5-2 мкм - на 97%. Главный дефект скруббера Вентури — большой расход энергии по преодолению высокого гидравлического сопротивления, которое в зависимости от скорости газа в горловине может составлять 0,002-0,013 МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностью в эксплуатации, управление им сложное.

     

     Рис. 5. Скруббер Вентури

     1 – орошающая форсунка; 2 – труба  Вентури; 3 - каплеуловитель

     Основной  недостаток всех методов мокрой очистки газов от аэрозолей - это образование больших объемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т. е. из атмосферы в водоемы.

     Электростатическая  очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ (рис. 6). Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25–100 кВ. При очистке от пыли сухих газов электрофильтры могут работать в широком диапазоне температур (от 20 до 500 °С) и давлений. Их гидравлическое сопротивление невелико – 100-150 Па. Степень очистки от аэрозолей – выше 90, достигая 99,9% на многопольных электрофильтрах при d > 1 мкм. Недостаток этого метода – большие затраты средств на сооружение и содержание очистных установок и значительный расход энергии на создание электрического поля. Расход электроэнергии на электростатическую очистку – 0,1-0,5 кВт на 1000 м³ очищаемого газа.

     

     Рис. 6. Трубчатый электрофильтр

     1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий  электрод: 3 - рама; 4 - встряхивающее  устройство; 5 - изолятор.

     Звуковая  и ультразвуковая коагуляция, а также предварительная электризация пока мало применяются в промышленности и находятся в основном в стадии разработки (рис. 7). Они основаны на укрупнении аэрозольных частиц, облегчающем их улавливание традиционными методами. Аппаратура звуковой коагуляции состоит из генератора звука, коагуляционной камеры и осадителя. Звуковые и ультразвуковые методы применимы для агрегирования мелкодисперсных аэрозольных частиц (тумана серной кислоты, сажи) перед их улавливанием другими методами. Начальная концентрация частиц аэрозоля для звуковой коагуляции должна быть не менее 2 г/м³ [3].

     

     Рис. 7. Схема установки промышленной ультразвуковой коагуляции 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Технологическая часть 

     2.1. Выбор газоочистительного устройства 

     При выборе аппаратов для очистки  газа следует принимать во внимание технико-экономические показатели работы, при определении которых необходимо учитывать степень очистки газа, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, пара и воды на очистку, стоимость аппарата и стоимость очистки газа.

     Главными  факторами при выборе аппарата для очистки газов являются размеры улавливаемых частиц и заданная степень очистки газов. Исходя из этих параметров, можно ориентировочно выбирать газоочистительные устройства по данным, приведенным в таблице 1.

     Таблица 1. Выбор типа аппарата в зависимости от типа загрязнения и степени необходимой очистки

 

     Приведенные данные дают представление лишь о  порядке соответствующих величин, которые могут изменяться в широких  пределах в зависимости от состояния, состава и свойств поступающего на очистку запыленного газа. Как видно из таблицы, пылеосадительные камеры и центробежные пылеосадители можно применять только для сравнительно грубой очистки газа. При этом следует отдавать предпочтение циклонам как более компактным аппаратам, обеспечивающим относительно высокую степень очистки [4]. 
 
 

     2.2. Принцип действия центробежных пылеосадителей 

     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 к периферии, 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.

     Для расчета основных размеров циклона  принимаются следующие допущения:

     1) частицы пыли имеют форму шара;

     2) траектория движения шаров принимается плоской;

     3) центробежная сила направлена  по радиусу циклона (в действительности  она направлена нормально к  спиралеобразной траектории частицы);

     4) отделение пыли происходит после  удара ее о наружную стенку  циклона. [5]. 

     2.3. Исходные данные 

     Вид пыли: пыль красителей.

     Дисперсный состав пыли:

              Lg s_M=0.4,

              d_M=8 мкм;

     Количество  очищаемого газа:

              Q=1.3 м²/с;

     Плотность частиц:

              r=1910 кг/м³;

     Вязкость  газа:

              m=22.1*10⁶ H*c/м². 

     2.4. Расчет циклона 

  Исходя  из дисперсного состава пыли выбираем тип циклона - конический циклон СДК-ЦН-33 со следующими параметрами:

  оптимальная скорость W_ОПТ =2 м/c;

  дисперсный  состав пыли Lg s=0.364;

  d₅₀=2.31 мкм.

     Диаметр циклона рассчитывается по формуле:

     (2)

где D - диаметр циклона, м; Q - производительность циклона, м³/c; W_ОПТ - оптимальная скорость, м/c.

      В соответствии с типом циклона  по его диаметру определяем геометрические размеры циклона которые приведены  в долях внутреннего диаметра:

      h_Т = 0.535 (481 мм);

      H_Ц = 0.535 (481 мм);

      Н_К = 0.3 (270 мм);

      d = 0.334 (300 мм);

      dl = 0.334 (300 мм);

      a = 0.535 (481 мм);

      ha = 0.25 (225 мм).

      Полученное  значение диаметра округляем до ближайшего типового значения D = 900 мм.

      По  выбранному диаметру циклона определяем действительную скорость газа в циклоне

      (3)

      

где W - действительная скорость газа, м/c; n - число циклонов.

      Для проведения оценки эффективности очистки  газов в циклоне сначала необходимо рассчитать диаметр частиц:

      (4)

      

где - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%;  - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50% (для типового циклона СДК-ЦН-33 =2.31 мкм); D - диаметр циклона, м; D^T - диаметр типового циклона (D^T=0.6 м); r - плотность частиц, кг/м³; r^Т - плотность частиц для типового циклона (r^Т = 1930 кг/м³); m - вязкость газа, Н*с/м²; m^Т - вязкость газа для типового циклона (m^Т = 22.2*10^-6 Н*с/м²; W действительная скорость газа, м/с; W^Т действительная скорость газа для типового циклона (W^Т = 3.5 м/с).