Расчет и проектирование циклона

метки: Циклон, Расчет, Проектирование, Таблица, Воздух, Диаметр, Значение, Батарейный

В курсовом проекте приводится краткий литературный обзор основных циклонов, применяемых в промышленности для очистки газовых смесей от твердых загрязняющих частиц и их характеристик, типовых условий работы, положительные и отрицательные стороны данного типа устройств.

Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование циклона для очистки поступающего аэрозоля от загрязняющих частиц с качественными характеристиками, указанными в техзадании, с последующим подбором типового циклона типа ЦН-15 удовлетворяющим расчетным данным.

1. Характеристика циклонов

Циклоны предназначены для сухой очистки газов от невзрывоопасной не слипающейся пыли. Циклон ЦН применяют также для очистки воздуха в различных отраслях промышленности. При использовании циклонов для очистки газа или воздуха, содержащую абразивную пыль, рекомендуется предусматривать в местах, подвергающихся износу приварку стальных дополнительных листов с наружной стороны.

Циклоны с диаметром менее 800 мм из-за повышенного износа не следует применять для улавливания абразивной пыли. Циклоны устанавливают, как на всасывающей, так и на нагнетательной стороне вентилятора. При абразивной пыли циклоны рекомендуется ставить перед вентилятором.

Коэффициент гидравлического сопротивления для одиночного циклона, отнесенный к скорости движения воздуха в горизонтальном его сечении с учетом поправки на запыленность, составляет 147. Допустимую запыленность очищаемого газа, г/м ³ , для слабослипающейся пыли следует принимать не более 1000, а для среднеслипающихся — не более 250. температура газа принимается не более 400⁰ С, а максимальное давление не более 5кПа.

Предпочтение отдается центробежным циклонам, выполняющим одновременно и роль пылеулавливающего аппарата. Эффективность улавливания пыли в циклонах повышается с уменьшением диаметра корпуса, но при этом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею, коэффициент пылеулавливания которой составляет 0,76 — 0,85 и несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с).

Воздух после разгрузочных устройств или циклонов, насыщеннный субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители, характеризуемые:

• степенью пылеулавливания — отношением количества пыли задержанной пылеуловителем, к количеству пыли в очищаемом запыленном воздухе;
• сопротивлением пылеуловителя, определяющим экономичности процесса пылеулавливания;
• габаритными размерами и массой, надежностью и простотой обслуживания.

Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед высокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами) очистки.

Технологические системы очистки и стерилизации воздуха

... головным и индивидуальными фильтрами. На предприятиях микробиологической промышленности очистка и стерилизация воздуха осуществляется с помощью системы различных фильтров: предварительной очистки периодического или непрерывного ... в первой части происходят очистка атмосферного воздуха от пыли и его сжатие, во второй - подготовка и поддержание воздуха в оптимальном термодинамическом состоянии ...

Основные элементы циклонов — корпус, выхлопная труба, бункер. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер или в иную емкость, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу.

В зависимости от производительности циклоны можно устанавливать по одному (одиночные циклоны) или объединять в группы из двух, четырех, шести или восьми (групповые циклоны).

Конструктивной особенностью батарейных циклонов является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами.

Положительными сторонами циклонов являются:

• низкая стоимость;
• долговечность;
• незначительное ремонтное обслуживание;
• небольшое падение давления;
• коэффициент очистки 60-99%.

Отрицательными сторонами циклонов являются:

• Невозможность работы с взрывоопасными смесями
• ограниченный температурный диапазон очистки
• низкая эффективность при фильтровании низкодисперсных пылей
• значительный шумовой эффект
• высокая металлоёмкость

2. Расчет циклона

Рассчитать и подобрать типовой циклон ЦН-15. Проработать возможность использования батарейного циклона. Очищаемый газ — воздух.

Расход очищаемого аэрозоля 5 нм ³ /с. Температура 80°С. Давление 1,05 атм. Концентрация пыли на входе в циклон 25 г./м³ . Дисперсный состав пыли: d _m = 40 мкм, lg у_Ч = 0,65. Плотность частиц 1200 кг/м³ . Концентрация аэрозоля на выходе из аппарата 0,5 г/м³ .

По таблице 1 находим параметры циклона (ЦН-15),

Таблица 1. Параметры, определяющие эффективность циклонов

Параметры	Тип циклона
	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК ЦН-33	СКЦН-34	СК ЦН 34М
щ оп , м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0
d т оп , мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	1,13
	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,340

1. Определяем необходимую площадь сечения циклона, м ² :

(1)

2. Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N=1, м:

(2)

Диаметр циклона округляем до значения стандартного значения согласно таблице 2

Таблица 2. Типовые значения внутреннего диаметра циклонов

D ц, м	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8	3,0

Принимаем D = 1,4 м.

3. Вычисляем действительную скорость газа в циклоне, м/с:

(3)

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от _оп оптимальной более чем на 15%, то есть находится в пределах 85-115% _оп .

n _отк= (4)

Отклонение скорости находится в допустимых пределах 85%?92,85%?115%

4. Рассчитываем коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона: ж = К1ЧК2Чж ₅₀₀ ,

К ₁ — поправочный коэффициент на диаметр циклона, определяемый по таблице 3:

Таблица 3. Поправочный коэффициент K ₁

D ц , м	ЦН-11	ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24	СДК ЦН-3, СДК ЦН-34, СДК ЦН-34М
0,2	0,95	0,90	1,00
0,3	0,96	0,93	1,00
0,4	0,99	1,00	1,00
?0,5	1,00	1 : 00	1,00

Принимаем К ₁ = 1;

К ₂ — поправочный коэффициент на запыленность газа, определяемый по таблице 4.

Таблица 4. Поправочный коэффициент K ₂

Тип циклона	Запыленность на входе, г/м 3 (Свх )
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1,00	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	0,85
ЦН-15	1,00	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15У	1,00	0,93	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24	1,00	0,95	0,93	0,92	0,90	0,87	0,86
СДК ЦН-33	1,00	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК ЦН-34	1,00	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90
СК ЦН-34М	1,00	0,99	0,97	0,95	—	—	—

Принимаем К ₂ = 0,92;

ж ₅₀₀ — поправочный коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона определяемы по таблице 5

Таблица 5. Коэффициент гидравлического сопротивления

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15, ЦН-15У	ЦН-11	СДК ЦН-33	СК ЦН-34 СК ЦН-34М
	75	155	245	520	1050

Принимаем ж ₅₀₀ =155

(5)

5. Определяем потери давления в циклоне, Па:

(6)

Определяем значение параметра d ₅₀ при рабочих условиях для циклона ЦН-15 4,5, (диаметр циклона, скорость потока, плотность пыли, динамическая вязкость газа) по уравнению:

Значение d ^т ₅₀ соответствует следующим параметрам работы циклона:

(7)

6. Определяем параметр (Х) по формуле:

(8)

Принимаем X=1,8

6. Определяем значение Ф( Х ) по таблице 6, представляющее собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях:

Таблица 6. Значения Ф( Х )

X	-2,70	-2,0	-1,8	-1,6	-1,4	-1,2
Ф(х)	-0,0035	0,0228	0,0359	0,0548	0,0808	0,1151
X	-1,0	-0,8	-0,6	-0,4	-0,2	—
Ф(х)	0,1587	0,2119	0,2743	0,3446	0,4207	—
X	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Ф(х)	0,5000	0,5793	0,6554	0,7257	0,7881	0,8413
X	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,7
Ф(Х)	0,8849	0,9192	0,9452	0,9641	0,9772	0,9965

Ф (1,8) = 0,9641

Фактическая степень очистки:

= 0,982 (9)

Принимаем =0,98

8. Рассчитываем степень очистки согласно техзаданию

(10)

где:

С _вых — концентрация аэрозоля на выходе из аппарата г/м³

C _вход — концентрация аэрозоля на выходе из аппарата г/м³

Требуемая степень очистки согласно установленному техзаданию составляет =0,98. Степень очистки данного циклона ЦН 15-1400 составил 0,98. Таким образом, выбранный циклон ЦН-15 обеспечивает требуемую степень очистки.

9. Расчет мощности привода подачи газа. Величина гидравлического сопротивления и объемный расход (Q) очищаемого газа определяют мощность (N) привода устройства для подачи газа к циклону:

= 8,68кВт (11)

• коэффициент запаса мощности, ( = 1,2)

• КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору (0,8).

• КПД вентилятора ( = 0,8).

10. Проработка возможности установки батарейного фильтра.

Для данных технических условий существует возможность использовать батарейный фильтр, но так как одиночный циклон полностью удовлетворяет требуемым параметрам, то дальнейшая разработка батарейного фильтра не требуется.

11 Проектирование эскиза аппарата

В качестве рабочего циклона принят стандартный циклон ЦН-15-1400 — конструкция НИИОГАЗа

Обозначение	D	d	d1	а вых	b вых	L	Н	Нц	Нк	h в	h фл
ЦН15-1400	1400	840	420	924	364	840	6384	3164	2800	420	336

Заключение

Данный курсовой проект позволил расширить, систематизировать и закрепить знания, полученные при изучении методов очистки отходящих газов с использование циклонов. Представлен краткий обзор аппаратов для пылеулавливания

Была проведена работа по расчету установки основного аппарата (циклона ЦН-15).

Проведена оценка возможности установки батарейного фильтра. На основании полученных расчетов подобран типовой циклон ЦН-15-1400 согласно заданным техническим условиям.

Фактическая степень очистки аэрозоля от загрязняющих частиц составила 0,98.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/tsiklon/

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е издание., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991-496 с.

2. Д.М. Бородулин, Процессы и аппараты химической технологии Д.М. Бородулин.-Кемерово: КемТИПП, 2007.-108 с.

3. Н.Б. Варгафтик, Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей: Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей Издание второе, дополненное и переработанное М. 1972 г. 720 стр. с ил л.

4. А.А. Волкова, Е В. Шашмурина, Выбор и расчет средств по пылегазоочистке воздуха: Учебное электронное текстовое издание, © ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Екатеринбург 2009 г. 15 стр.