РАСЧЕТ ЦИКЛОНА

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего

Образования «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Институт новых материалов технологий

Кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии»

Практическая работа № 1

РАСЧЕТ ЦИКЛОНА

По дисциплине «Экологические проблемы металлургических предприятий»

Студент: Полекшанов В. В.

Преподаватель: Юрьев Б. П.

Группа: НМТ-462206

Екатеринбург

2019 г.

Введение

К аппаратам сухой очистки относятся циклоны, которые получили распространение в системах газоочистки и аспирационной вентиляции. В зависимости от требований, предъявляемых к очистке газа и дисперсного состава пыли, циклоны применяют самостоятельно или используют в качестве аппаратов для грубой очистки газа в сочетании с другими аппаратами, предназначенными для тонкой очистки. В циклонах с достаточной полнотой газ очищается от пыли с размерами частиц более 5 мкм, но наиболее эффективно улавливает пыль, имеющая размеры частиц 15-20 мкм и выше.

Эффективность очистки газов от пыли в циклонных аппаратах изменяется в широких пределах (5-100%) в зависимости от количества и свойств очищаемых газов и пыли, а также от конструктивных и эксплуатационных особенностей аппаратов.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон.

В результате действия центробежных сил частицы пыли в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжает вращаться, совершает поворот на 180 градусов и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигая стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающего потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что центробежные силы во много раз больше сил тяжести, то в центробежных аппаратах быстрее и полнее очищается газ от пыли, по сравнению с очисткой в пылеосадительных камерах и инерционного пылеуловителя. Кроме того, их можно располагать наклонно и даже горизонтально.

Выбор типа и размеров циклонных установок производится по заданному расходу очищаемых газов на основании рекомендуемой оптимальной скорости газа в поперечном сечении циклона. При этом учитывается физико-химические параметры газа, т. е. температура, давление, относительная влажность, свойство и дисперсный состав пыли, требуемая степень очистки, величина гидравлического сопротивления, технико-экономические показатели (эффективность очистки, стоимость аппарата и очистки, надежность эксплуатации).

Принцип работы:

Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли центробежной силой отбрасываются к стенке циклона, теряют скорость и падают в коническую часть аппарата, откуда разгружаются в находящийся внутри бункер.

Газы, освободившиеся от пыли, удаляются через центральную трубу 3. Над выхлопной трубой устанавливают улиткообразный раскручивател, преобразующий вращательное движение в поступательное. Обычно считают, что движение частиц пыли в радиационном направлении к стенкам циклона происходит при равновесии центробежной силы, отбрасывающей частицу из вращательного газового потока, и силы сопротивления движению частицы со стороны газового потока. Из равенства этих сил можно получить формулу:

где – динамическая вязкость, Па*с,

– скорость газа, м/с,

– плотность пыли, кг/ .

После входа в циклон частица может пройти путь от внешней поверхности выхлопной трубы радиусом до внутренней поверхности цилиндрической части корпуса радиусом . Тогда наибольший путь частицы в радиальном направлении составит .

Из полученной формулы можно сделать следующие выводы:

1) С увеличением скорости улавливания пыли в циклоне будет улучшаться, однако при скоростях, выше оптимальных (20-25 м/с), завихренный газовый поток будет срывать успевшие осесть в циклоне частицы пыли и снова возвращать их в газовый поток.

2) Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем скорее и полнее они будут отделяться от газового потока и улавливаться в циклоне.

3) Чем выше температура газа, тем больше его вязкость и хуже происходит процесс улавливания пыли в циклоне.

4) Чем больше высота цилиндрической части циклона, тем выше его эффективность работы.

5) Чем больше диаметр цилиндрической части циклона, чем больший путь должна пройти частица в процессе выделения из газа, тем меньше будет центробежная сила, отбрасывающая частицу пыли к стенкам циклона и, следовательно, меньше будет степень очистки газа.

Поэтому одиночные сухие центробежные циклоны не рекомендуют делать диаметром более 1000 мм.

Решение

Определим плотность газа при рабочих условиях:

Найдем расход газа при рабочих условиях:

Вычислим диаметр циклона:

где – оптимальная скорость газа в циклоне, принимаем 2, 5 м/с.

Принимаем .

Определим действительную скорость газа в циклоне:

Гидравлическое сопротивление циклона определим из выражения:

где – коэффициент гидравлическое сопротивление, зависит от ряда факторов – диаметра, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода из выхлопной трубы.

где – коэффициент сопротивления циклона диаметра 500 мм; – поправочный коэффициент, устанавливающий влияния диаметра циклона; – поправочный коэффициент, устанавливающий влияние запыленности газа; – поправочный коэффициент, устанавливающий групповую компоновку циклонов.

Определим размер частиц , устанавливаемые в выбранном циклоне при рабочих условиях с эффективностью 50 %.

где , , – табличные величины, соответствующие условиям, при которых полученная табличная величина =4, 5 мкм.

– величина, соответствующая действительным условиям работы циклона.

Степень сжатия газа в циклоне находят по зависимости . Аргумент функции определяется по формуле:

где - табличное значение, характеризующее дисперсию частиц, улавливаемых в циклоне.

где - табличное значение.

Из таблицы для величин находим значение Ф(Х)=0, 5199

Конечная запыленность газа составит, г/

Вывод: удалось рассчитать параметры работы центробежного пылеуловителя – циклона. Принцип работы циклона основан на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжает вращаться, совершает поворот на 180 градусов и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигая стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающего потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона.

Анализируя полученные результаты, видим, что диаметр циклона составляет 0, 77 м, что меньше допустимого (1 м), следовательно, нет необходимости устанавливать групповую комплектацию. Конечная концентрация после фильтрования составила 10, 8 г/ , следовательно, можно сделать вывод, что данный аппарат работает не совсем эффективно.