Расчет пылеосадительной камеры

Задание на проектирование

Паспорт №22.

Пыль распылительной сушилки фирмы «Лурги» производства синтетического моющего средства «Айна» на нефтеперерабатывающем заводе.

Морфология частиц золы. Частицы – полые сферы и обломки сфер с пористой поверхностью.

Расход газа-носителя W = 58000 м³/ч.

Таблица 1

Дисперсный состав

(ротационная сепарация)

d₅₀ = 181 мкм, σ = 7,

Механические свойства пыли:

ρ_М = 1800 кг/м³; ρ_Н/У = 273 кг/м³; ρ_У = 347 кг/м³; α_см = 60°;

α_д =44,5°; Р = 539 Па; К_а ≤ 0,5·10^-12 м²/кг.

Таблица 2

УЭС слоя пыли при различных температура.

Таблица 3

Химический состав пыли

рН водной вытяжки 9,1.

Таблица 4

Равновесная влажность пыли φп при различной относительной влажности воздуха φв

Смачиваемость 100%.

Характеристики газа-носителя: t_г = 120 °С; z = 9,21 г/нм³.

Содержание в газе, об.%: СО₂ – 2; 0₂ – 19; H₂O – 6,8.

Введение

В курсовом проекте разрабатывается очистка отбросных газов от пыли в сушилке фирмы «Лурги» на нефтеперерабатывающем заводе.

Технологический процесс производства синтетических моющих средств
(СМС) включает следующие основные стадии: приём и подготовка
сырья, приготовление композиции, сушка, очистка отходящих газов, расфасовка порошка. Основным компонентом СМС являются вещества, обладающие поверхностно активными свойствами.


Основное количество СМС получают методом распылительной сушки. Сушка производится в специальных сушильных башнях. При высушивании СМС применяется, как правило, противоточный метод движения распыленной композиции и теплоносителя, которым служит смесь
воздуха и продуктов сгорания газообразного топлива или мазута..Основными загрязнителями атмосферы при производстве СМС являются:

· отработанный теплоноситель после распылительной сушилки;

· воздух из эрлифта и аспирационных систем, отсасываемый из узлов пыления при транспортировке и переработке исходных компонентов и готового продукта

В работе решаются следующие вопросы – изучение основных видов очистных устройств и определение степени очистки в каждом из устройств для данного вида загрязнителя; подбор двух ступеней очистки и остального оборудования, необходимого для удаления газов из сушилки.

Сейчас в разработки любых технологических схем включаются меры по предотвращению загрязнения окружающей среды вредными выбросами. Необходимо, чтобы они обеспечивали по возможности полную очистку выбросов разработанных производственных процессов.

Расчет пылеосадительной камеры

Пылеосадительные камеры относятся к простейшим устройствам для улавливания крупных сырьевых частиц или пыли. Они действуют по принципу осаждения частиц при медленном движении пылегазового потока через рабочую камеру, поэтому основными размерами камеры является её высота и длина.

Целью расчета пылеосадительной камеры является подбор их габаритных размеров и определение коэффициента очистки. Принимается, что на входе в камеру концентрация частиц пыли распределена равномерно по всему сечению.

Расчеты пылеосадительных камер выполняется в следующем порядке.

1. Определяется скорость газового потока в рабочем сечении камеры:

w = W / (h · b), м/с (1)

где: W – расход газа, м³/с;

h, b – высота и ширина камеры, м.

Чем меньше скорость потока, тем больше степень очистки, но более громоздкой получится камера. Желательно, чтобы скорость потока не превышала 0,8…1 м/с, однако для компактных частиц большой плотности ее можно доводить до 2…3 м/с.

По заданию расход газа W = 58000 м³/ч. К проектированию принимается 1 пылеосадительныя камера с расходом газа W = 58000/3600 = 16,11 м³/с .

Примем по конструктивным соображениям габариты камеры: h = 6м; b = 4м.

Тогда

w = 16,11 / (6· 4) = 0,671 м/с допустимо для компактный струй, т.к. применяется ротационный способ очистки.

2. Принимаем соотношение длины и высоты камеры l/ h = 7.

3. Принимается, что отношение скорости витания частиц w_p, которые будут уловлены в камере на 50% к скорости газового потока w приблизительно соответствует полутора значениям h / l, т.е. w_p/w = 1,5 · (h / l) =1,5·(6/42)= 0,21 из чего находится величина w_p:

w_p = 0,21 · w = 0,21 · 0,671 = 0,14 м/с

4. Диаметр частиц, оседающих в камере на 50%, находится в предположении, что оседание происходит в соответствии с законом Стокса, для нагретых газов по формуле:

, м (2)

где: – плотность частиц, равная соответственно заданию, .

Тогда

5. Для построения графика зависимости принимаем еще несколько соотношений w_p/w, больших и меньших принятого, и определяются соответствующие значения D_p. Принимаем: w_p/w = 0,105 и w_p/w = 0,315.Тогда скорости ветания составят соответственно 0,0704и 0,211 м/с, а размеры частиц определятся из той же формулы.

1) При w_p/w = 0,105; w_p = 0,0704 м/с.

2) При w_p/w = 0,315; w_p = 0,211 м/с.

3) При w_p/w = 0,6; w_p = 0,40 м/с.

6. Определяется средняя концентрация частиц на выходе из камеры для каждого принятого соотношения w_p/w следующим образом:

а) назначается k – точек по высоте сечения, задаваясь величиной x/h, где х – расстояние от потолка камеры до рассматриваемой точки.

Назначается 5 расчетных точек в выходном сечении пылеосадителя, принимая отношение x / h равным 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0.

б) рассчитываются параметры очистки х₁ и х₂ (параметры функции парциального распределения Ф(х)), по формулам:

в) по значениям х₁ и х₂ из таблицы 4.1 [1] находятся интегралы вероятностей Ф(х₁) и Ф(х₂), подсчитывается значение N:

N = Ф(х₁) + Ф(х₂) – 100 (5)

г) усредняется значение N по сечению, вычисляя его как среднее арифметическое по высоте сечения:

(6)

д) определяется средний парциальный коэффициент осаждения частиц рассматриваемого размера (с принятой скоростью витания):

η_p = 100 – N_m (7)

Расчет сводим в таблицу.

Таблица 5

Таблица 6

Если вычисления выполнены верно, то коэффициент осаждения частиц для диаметра частиц D_p = 55,9 мкм должен составлять 50%.Для контроля вычислений выполним аналогично предыдущем расчет коэффициента осаждения частиц размера D_p = 55,9 мкм

Таблица 8

Таким образом, коэффициент очистки частиц размером 55,9 мкм составляет 50%, а частицы размером более 86,4 мкм – 100%.

7. После подсчета средних парциальных коэффициентов осаждения всех частиц принятого размера строится кривая парциальных коэффициентов очистки (линия 2).

8. Графически определяются фракционные коэффициенты очистки, соответствующие фракционному составу пыли (линия 1). Результаты сводим в табл. 9.

Таблица 9

Dp, мкм	3,15	8,15		20,5	32,5
g		0,94	0,90	0,87	0,81	0,72	0,58
Δg	0,06	0,04	0,03	0,06	0,09	0,14	0,58
	0,42	0,76	0,87	0,95	0,995	0,998

9. Находится полный коэффициент очистки как сумма произведений долей частиц соответствующих фракций на фракционные коэффициенты очистки по формуле:

(8)

где: - фракционные коэффициенты очистки;

– доля частиц i-ой фракции в составе дисперсного вещества.

Согласно показаниям вероятностно-логарифмической координатной сетки:

η_tot=0,06·0,42+0,04·0,76+0,03·0,87+0,09·0,995+0,14·0,998+0,58·1=0,0252+0,0304+0,0261+0,08955+0,1397+0,58=0,89

Таким образом, полный коэффициент очистки

Вывод: Процент очистки пылеосадительной камеры достаточно близок 100%, но все же еще недостаточен. И размеры пылеосдительной камеры велики.

Исходя из полученного результата, использовать данную пылеосадительную камеру для очистки выбросов нецелесообразно.

Расчет одиночного циклона

Целью расчета циклона является определение типа циклона, его конструктивных размеров и полного коэффициента очистки. Примем к расчету циклон ЦН-11. По таблице 5.10 [1] принимаем величину оптимальной скорости потока в циклоне w_opt=3,5м/с.

1. Задается тип циклона и вычисляется его диаметр:

, (15)

где: w_opt – оптимальная усредненная скорость потока в циклоне, м/с;

N – число устанавливаемых циклонов.

По заданию W = 58000 м²/ч = 16,11 м²/с.