Техника защиты окружающей среды

                               Очищенный газ      

        

                                                                     Запыленный газ

                                                                    

        
 
 
 
 

                                Удаление пыли

        Рисунок 1.2    Схема циклона

      В момент входа частицы в циклон =0. По мере закручивания газового потока по спирали частица пыли, под действием центробежной силы, начинает отбрасываться к стенке циклона с радиальной скоростью - . При дальнейшем движении газового потока становится постоянной, т.к. центробежная сила уравновешивается силой сопротивления среды.

       

             

                                             (1.18)

                                                     (1.19) 

      Подставим (1.19) в (1.18) и получим 

                                 (1.20) 

      При теоретических расчетах параметров циклона допускается много упрощений, поэтому расчетная эффективность очень часто отличается от практической. В частности форма пылевых частиц принимается шарообразной, не учитывается взаимная коагуляция частиц в газовом потоке и другие факторы. Частица пыли, двигаясь со скоростью , проходит путь, максимальная величина которого равна R₂-R₁ (R₂-радиус цилиндрического внешнего корпуса, R₁ – радиус выходной трубы), время прохождения этого пути равно 

                         

                                           (1.21) 

      Из  формулы (1.20)  

                                                                                          (1.22) 

      Подставим (1.22) в (1.21) и получим, что время  движения частицы равно

                                                                                  (1.23) 

     Т.к.  , то  

                                       (1.24) 

      По  формуле (1.24) можно рассчитать минимальный  диаметр частицы, которая за время движения газового потока в циклоне будет отброшена на его стенку и выделена из газового потока. 

                                                                           (1.25) 

      Путь  проходимый частицей или газовым потоком в циклоне можно определить следующим выражением  

                                                                                (1.26) 

      Подставляем выражение (11) в (10), окончательно имеем 
 

                                                            (1.27) 

      В некоторых случаях используется уточненная формула, т.к. R принимается как , тогда выражение (1.27) преобразуется в виде  

                                          (1.28) 
 

      1.2.2. Расчет циклона 

Исходные  данные для расчета:

1. Скорость газа на входе – 20 м/с.
2. Динамическая вязкость газа – 18,*10^-6 Н*с/м².
3. Расход газа – 5700 м³/ч.
4. Диаметр частиц пыли-11*10^-6 м.
5. Плотность пыли – 2200 кг/м³.
6. Число оборотов потоков газа – 4.

 

       При расчете циклона определяются  его геометрические размеры, при  которых происходит улавливание  пыли размером более 5 мкм. 

      Вначале определяем размеры входного патрубка и выходной трубы циклона исходя из того, что скорость газового потока на входе в циклон, т.е. скорость во входном патрубке должна находиться в пределах 20…25 м/с.

      Тогда площадь сечения входного патрубка и выходной трубы определяются по формуле:

 

      S =  V/ w=5700/(3600*20)= 0,079 м² 

      где V – расход газа через циклон, м³/с; S – площадь сечения входного патрубка и выходной трубы, м²; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

      Входной патрубок в сечение представляет собой прямоугольник (квадрат) со стороной а, величина которой равна: 

      a = S^0,5= (0,079)^0,5= 0,281 м² 

      Выходная  труба имеет радиус, равный:

       

      R₁ = (S/π)^0,5 =(0,079/3,14)^0,5= 0,158 м 

      После вычисления радиуса выходной трубы  можно расcчитать радиус корпуса R₂, задавшись размерами улавливаемых частиц пыли d_min.

      Из  выражения (1.27) следует, что размер корпуса  вычисляется по формуле:

   R₂  = d²*π*ρ*n*w/(9*μ) + R₁ =

   =(11*10^-6)²*3,14*2200*4*20/(9*18,2*10^-6)+0,158= 0,556 м

 

   где μ  – вязкость газа, 18,2*10^-6 Н*с/м²; R₂- радиус корпуса циклона, м; R₁- радиус выходной трубы, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; n – число кругов (оборотов), которое совершает газовый поток в циклоне; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

      Длина циклона выбирается из расчета: 

       L = 5*D = 10*R₂ = 10*0,556=5,56 м 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.3 Полые скрубберы 

      1.3.1 Теоретическая часть 

     Скрубберы представляют собой конструкции, в  которых улавливание частиц пыли осуществляется при контакте запыленного газового потока с каплями промывной жидкости. Для получения капель жидкости используют различные форсунки. Так как капли под действием силы тяжести движутся вниз, то разбрызгивающие форсунки располагаются в верхней части скруббера. Запыленный газ либо подается в нижнюю часть скруббера и движется вверх (принцип противотока) или подается в верхнюю часть скруббера и движется вниз (принцип параллельного тока). Частицы пыли сталкиваются с каплями жидкости, смачиваются ими и удаляются из газового потока. Промывная жидкость с уловленными частицами пыли (пульпа) удаляется из нижней части скруббера.

     Скрубберы делятся на следующие группы:

1. Полые скрубберы;
2. Скрубберы с насадкой;
3. Скоростные скрубберы.

      Полые скрубберы – это вертикальные башни, в которых жидкость подается в верхнюю часть. Система распределенных решеток и форсунок для орошения жидкостью, создает максимальный контакт между газовым потоком и каплями жидкости. Жидкость, используемая в полых скрубберах, называется орошающей, поглотительной или промывной.

      Если  жидкость расходуется только на охлаждение газового потока, то ее расход составляет около 0,5 м³/10000 м³ газа.

      Если  в полых скрубберах происходит не только охлаждение, но и пылеулавливание, то расход жидкости увеличивается до 2…5м³/10000м³ газа. Размеры скруббера выбираются из условия скорости движения газа внутри аппарата vг = 1,0-1,5 м/с.

        Высота выбирается в пределах 3-5 диаметров скрубберов (H/D=3-5)

      Диспергирование жидкости в скрубберах осуществляется с помощью различных форсунок, которые имеют отверстия 1-2 мм. Чем  больше получается капель, тем больше работает скруббер. Данные скрубберы  эффективно улавливают частицы с  размерами более 2 мкм.

      Схема скруббера для мокрой очистки  газа приведена на рисунке 1.3

      Недостатком полых скрубберов является относительно малое время контакта газового потока и жидкости, а также трудность  обеспечения равномерного контакта между газом и жидкостью по всему сечению аппарата.

            Cкруббер с насадкой  конструктивно отличается от  полого скруббера наличием в  средней части корпуса специальных  решеток с насадками. Насадки  представляют собой наборы различных  сеток и решеток, а также  слои, образованные специальными  керамическими кольцами, шарами и т.д. Капли разбрызгиваемой жидкости попадают на насадки и растекаются по их поверхности, образуя слой жидкости с большой площадью поверхности. Газ, проходя между элементами насадки, контактирует с поверхностью слоя жидкости и при этом происходит смачивание частиц пыли. Наличие насадок увеличивает как площадь контакта пыли с жидкостью, так и время контакта, поэтому эффективность скрубберов с

                     Запыленный газ 

      

                                                               раствор

      

                                                          Форсунки 
 

                                                            насадки (для скруббера с насадкой) 
 
 
 

                                                           очищенный газ. 

                                   Ж 

                                 Рисунок 1.3  Схема полого скруббера  и 

                                                       скруббера с   насадкой  

      насадкой  более высокая, чем у полых  скрубберов. Однако скрубберы с  насадкой имеют значительные недостатки по сравнению с полыми скрубберами: большее гидродинамическое сопротивление и необходимость периодической чистки или замены насадок вследствие забивания их пылью (пульпой). 

     1.3.2.  Расчет полого  скруббера 

Исходные данные для расчета:

1. Расход отходящих газов – 16000м³/час.
2. Скорость газа по сечению аппарата – 1,9 м/с.
3. Расход поглощающей жидкости – 1,4 м³/10000 м³ газа.
4. Концентрация пыли в отходящих газах – 3,78 г/м³.
5. Соотношение высота:диаметр скруберра – 5:1.
6. Степень очистки газа от пыли – 0,76.

 

      При расчете полого скруббера необходимо рассчитать его геометрические размеры, расход поглотительной жидкости, массу  уловленной пыли.

      При заданном расходе газа можно рассчитать площадь сечения скруббера по известному уравнению: 

      S = Q_г/v = 16000/(3600*1,9)= 2,339 м² 

      где S – площадь сечения скруббера, м²; Q_г – расход газа, м³/с; v – скорость сечения аппарата, м².

      Так как скруббер представляет собой  цилиндрическую конструкцию, то ее диаметр  равен: 

      D =  (4S/π)^0,5= (4*2,339/3,14)^0,5=1,726 м 

      Высота  скруббера определяется по соотношению: 

      H = kD = 5*1,726= 8,63 м 

      где k = 3…5. 

      Расход  поглотительной жидкости необходимо производить, исходя из ее расхода на 10000 м³ газа. Для вывода расчетной формулы необходимо воспользоваться пропорцией