Расчет и проектирование циклона от зерновой пыли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Интенсивное развитие хозяйственной деятельности людей, деградация природных экосистем, приводят природу к состоянию кризиса, грозящего экологической катастрофой. Поэтому перед человечеством встала задача рационального природопользования в сочетании с эффективным снижением отрицательного воздействия промышленного производства на биосферу. Антропогенные воздействия на биосферу многообразны и в последние годы приближаются к критическому допустимому. Среди них особо негативны воздействия на атмосферу: - выбросы многообразных антропогенных веществ и других видов загрязнений; - выбросы тепла, влияющие на нагрев атмосферы и изменение ее радиационных параметров, в особенности приземных слоев, в которых существуют люди, животные, растения. Разумное решение экологической проблемы возможно только при условии естественного сочетания научно-технического прогресса с многогранными аспектами защиты биосферы, экосферы, что должно быть в основе развития и создания действующих и новых производств и источников энергии.

Необходим ряд специальных требований к созданию современных промышленных производств: - создание теоретических основ химической технологии, обеспечивающих высокий уровень комплексной переработки сырья, позволяющих достичь высоких степеней химических превращений и глубокого, экономически обоснованного извлечения целевых компонентов и вредных из отбросных потоков; - глубокое и экономичное использование высоко- и низкопотенциального тепла при сжигании топлива и химических превращениях; - освоение новых методов и аппаратуры, обеспечивающих создание замкнутых энергетических циклов; - освоение новых методов и аппаратуры, обеспечивающих создание замкнутых водооборотных циклов; - необходимость разработки методов и аппаратуры для специфических условий очистки отбросных газовых потоков, утилизации, хранения или уничтожения жидких и твердых отходов; - создание техники для новых природоохранных процессов - опреснение сточных вод, гидротермальный синтез природного сырья, проведение процессов в защитных средах и др. Комплексное решение экологических проблем возможно лишь при гармонических взаимоотношениях общества, техники и природы. Экологически современные производства, решающие задачи рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, - будущее всех промышленных комплексов. Целью данной курсовой работы является расчет и проектирование циклона для очистки от зерновой пыли в технологии производства дрожжей. Для очистки воздуха от пыли я выбрал аппарат Циклон-ЦН15У, так как он обладает следующим рядом преимуществ: - низкая стоимость; - долговечность; - незначительное ремонтное обслуживание; - небольшое падение давления; - коэффициент очистки 60-90%. ?



1. Общая характеристика методов очистки воздуха

1.1 «Сухие» механические пылеуловители

Такие пылеуловители условно делятся на три группы:

- пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы);

- инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии силы инерции;

- циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.

Пылеуловительная камера представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней части которого имеется отверстие или бункер для сбора пыли (рис. 1.).

Рис. 1. Пылеосадительные камеры: а - полая: б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками: / - запыленный газ; // - очищенный газ; /// - пыль; 1 - корпус; 2 -бункер; 3 - штуцер для удаления; 4 - полки; 5 - перегородки

Скорость газа в камерах составляет 0,2-1,5 м/с, гидравлическое сопротивление 50-150 Па. Пылеосадительные камеры пригодны для улавливания крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки газа в камерах не превышает 40-50%. Продолжительность прохождения т(с) газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет:

где Vk, - объем камеры, м³; Vг- объемный расход газов, м3/с; L - длина камеры, м; В- ширина камеры, м; Н- высота камеры, м.

В инерционных пылеуловителях для изменения направления движения газов устанавливают перегородки (рис. 2). При этом наряду с силой тяжести действуют и силы инерции. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Газ в инерционном аппарате поступает со скоростью 5-15 м/с. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа [З].

Рис. 2. Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и распределения газового потока: а - камера с перегородкой; б - камера с расширяющимся конусом; в - камера с заглубленным бункером.

Большое внимание при проектировании пневмотранспортных и других устройств пылеочистки необходимо уделять узлам отделения материала от транспортирующего воздуха - разгрузочным и пылеулавливающим устройствам (циклонам, фильтрам и т.п.). В зависимости от способа отделения материала в системах пневмотранспорта используют объемные разгрузочные устройства и центробежные циклоны. Выбор того или иного типа устройства зависит от конкретных условий работы установок и требований, предъявляемых к его работе: наибольшее значение коэффициента осаждения материала, минимальное сопротивление разгрузочного устройства, надежность в эксплуатации.

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 батареи циклонов составляет 0,76-0,85 и несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с). Использование вместо циклонов вихревых пылеуловителей обеспечивает улавливание частиц пыли размером 5-7 мкм.

Воздух после разгрузочных устройств или циклонов, насыщенный субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители. При выборе типа пылеуловителя в условиях работы таких установок учитывают следующие показатели:

· степень пылеулавливания, равную отношению количества пыли, задержанной пылеуловителем, к количеству пыли, содержащейся в воздухе при его поступлении в пылеуловитель;

· сопротивление пылеуловителя, от которого зависит экономичность процесса пылеулавливания;

· габаритные размеры и масса пылеуловителя, надежность и простота его обслуживания.

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

Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и 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, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (рис. 3).

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

Существуют батарейные циклоны. Конструктивной особенностью последних является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами [4].

Ниже приведенатехническая характеристика наиболее распространенного на производстве циклона ЦН-15:

- допустимая запыленность газа, г/м³:

для слабослипающихся пылей - не более 1000;

для среднесливающихся пылей - 250;

- температура очищаемого газа, °С - не более 400;

- давление (разрежение), кПа (кг/см²) - не более 5 (500);

- коэффициент гидравлического сопротивления:

для одиночных циклонов - 147;

для групповых циклонов - 175-182;

- эффективность очистки (от пыли dm = 20 мкм, при скорости газопылевого потока 3,5 м/с и диаметре циклона 100 мм), % - 78.

1.2 «Сухие» пористые фильтры

Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%.

Классификация рукавных фильтров возможна по следующим признакам:

- форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);

- месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);

- способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с импульсной продувкой и др.);

- наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);

- числу секций в установке (однокамерные и многокамерные);

- виду используемой ткани (например, стеклотканевые).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических волокон (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладающих термостойкостью при температуре 250-280 °С. Для фильтровальных тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые материалы - фетры, изготовленные свойлачиванием шерсти и синтетических волокон.

Рассмотрим подробнее группу материалов из нетканых иглопробивных фильтровальных полотен, наиболее перспективных в производстве порошковых материалов. Таллинской фирмой «Мистра» предлагаются полотна марок «Фильтра-220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов, пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции.

Нетканые иглопробивные полотна характеризуются следующими показателями (табл . 1):

Таблица 1 Технические показатели фильтровальных полотен

Наименование	«Фильтра-550»	«Фильтра-330»
Поверхностная плотность, г/м2	550±28	330±17
Ширина, см	150±3	145±3
Толщина,мм	2±0,3	1,3±0,2
Наименование	«Фильтра-550»	«Фильтра-330»
Воздухопроницаемость, дм3/м2 с), при перепаде давления 50 Па	150±50	250±50
Разрывная нагрузка, Н, не менее по длине по ширине	1000	400
Удлинение при разрыве, % по длине по ширине	80 90	80 90
Нормированная влажность, %	1	1

Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в производстве сепарированного мела показали степень очистки 99,9% при улавливании пыли, 75% которой составляет фракция с диаметром частиц 1-5 мкм.

Срок службы фильтровального материала не менее одного года. Верхний предел рабочих температур составляет 140-150 °С.

В «Мистре» создано и более термостойкое полотно, используемое при температуре до 210-220 °С. В зависимости от вида ткани допустимая удельная газовая нагрузка составляет 0,6-1,2 м³/(м²*мин) для хлопчатобумажной или шерстяной; 0,5-1 -для синтетической; 0,3-0,9 м³ /(м²*мин) - для стеклоткани.

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку и затем в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостатком таких фильтров является неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема поступающего на очистку воздуха).

Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных тканей, обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании хрусталя, открывают пути для более широкого их применения. Так, фильтрующий материал «Бекинокс» (Великобритания) изготавливают как в виде штапеля, так и в виде длинных нитей различного диаметра из нержавеющей стали. Этот материал при скорости фильтрации 180 м³/(м²*ч) имеет сопротивление 1200 Па и ту же эффективность, что и текстильные ткани. Он обладает высокой абразивной устойчивостью, температуростойкостью (до 500 °С), регенерируется любым известным способом и хорошо зарекомендовал себя при фильтрации газов, содержащих SO₂.

Во Франции при очистке отходящих газов с температурой 400-500С применяют рукавные фильтры из металлического фетра, основа которого представляет собой металлическую сетку, нарощенную слоем тонкой металлической нити определенной толщины и плотности. По скорости фильтрации, аэродинамическому сопротивлению, количеству потребляемой энергии фильтр идентичен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.

Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде, фирма «Дюпон» (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и тефэр-войлок, выполненный из смеси тефлона (85%) со стекловолокном (15%). Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100-250 °С.

Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие к истиранию, в свою очередь защищают стекловолокно от механических повреждений. Высокие эксплуатационные характеристики материала тефэр объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон смеси, которые создают электростатические заряды в ходе работы. Это способствует высокой эффективности улавливания войлоком субмикронных частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например, при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в дымовых газах рекомендуется пользоваться 100%-ным тефлоном.

Отечественной промышленностью в настоящее время разработаны следующие тканевые фильтры [4]:

а) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава (ФРКИ и др.). Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха и без отключения секций;

б) с комбинированным устройством регенерации - механическим встряхиванием и обратной посекционной продувкой (ФРУ и др.)

в) с обратной посекционной продувкой (ФР и др.)

г) с регенерацией механическим встряхиванием (ФР-6П и др.). Регенерация рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического устройства.

В справочнике [7] подробно рассмотрены фильтры общепромышленного назначения, серийно выпускаемые специализированным заводами. Преимущественное развитие получили фильтры ФРКИ и ФРИ (рис. 4). Скорость фильтрования в этих аппаратах на 20-30% выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации (короткими импульсами длительностью 0,1-0,2 с) общий срок службы рукавов в этих фильтрах более высокий, рукава меньше изнашиваются. Гидравлическое сопротивление обычно поддерживается на уровне 1000-1500 Па. Условное обозначение типоразмера фильтра: Ф -фильтр; Р - рукавный; К- каркасный; И - с импульсной продувкой; цифра после буквенных обозначений - активная поверхность фильтрации.

очистка воздух фильтровальный ткань

Рис. 4. Фильтр ФРКИ (ФРИ): 1 - бункер; 2 - корпус; 3 - диффу-эорсопло; 4 - крышка: 5 - труба раздающая; 6 - секция клапанов: 7 - коллектор сжатого воздуха; 8 - секция рукавов.

В процессе фильтрации запыленный газ проходит через ткань закрытых снизу рукавов внутрь, выходит через верхний коллектор и удаляется из аппарата. Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий каркас и закреплен на верхней решетке.

В качестве фильтрующего материала используют лавсан и фетр. В табл. 2 приведены основные технические характеристики фильтров рукавных каркасных с импульсной продувкой (ФРКИ).

Таблица 2 Технические характеристики рукавных фильтров

Показатели	ФРКИ-30	ФРКИ-60	ФРКИ-90	ФРКИ-180	ФРКИ-360
Поверхность фильтрации, м2	30	60	90	180	360
Показатели	ФРКИ-30	ФРКИ-60	ФРКИ-90	ФРКИ-180	ФРКИ-360
Число рукавов	36	72	108	144	288
Высота рукава, м	2	2	2	3	2
Число электромагнитных клапанов	6	12	18	24	48
Число секций	1	2	3	4	8
Наибольший расход сжатого воздуха, м3/ч	10	20	30	60	120
Габаритные размеры, мм	1458х2060х х3620	2820х2060х х3620	4140х2060х х3620	5480х2060х х4620	5850х4370х х4880
Масса, кг	1300	2500	2500	5500	10500

Примечание. Диаметр рукава 130 мм, гидравлическое сопротивление 1.2 Па давление продувочного воздуха 0,3-0,6 МПа, рабочее давление (разрежение) в аппарате до 5 кПа.

Расчет рукавных тканевых фильтров сводится к определению общей поверхности фильтрации F и числа фильтров или секций. Нормальная нагрузка на 1 м фильтрующей поверхности для рукавных фильтров составляет 150-200 м /ч. Сопротивление фильтров определяют по формуле:

где В - коэффициент, равный 0,13-0,15 (большее значение принимается для более дисперсной пыли); Qв - расход воздуха на 1 м² ткани рукавов, м3/ч; n - принимается равным 1,2-1,3 (меньшее значение принимается для более дисперсной пыли).

При работе в нормальном режиме сопротивление нагнетательных фильтров составляет до 2 кПа, всасывающих - до 6 кПа. Общую поверхность фильтрации (м²) определяют по формуле:

где Fpaб - поверхность фильтрации в одновременно работающих секциях, м ; Fрег ~ поверхность фильтрации в регенерируемой секции, м²; V - объемный расход очищаемых газов (воздуха) с учетом подсоса воздуха в фильтр, м³/мин; Vnp - объемный расход продувочного воздуха, м³/мин; qф -удельная газовая нагрузка, м³/(м²*хмин).

Число необходимых фильтров или секций



где F1 - поверхность фильтрации всех рукавов, установленных в одном фильтре или секции, м².

Гидравлическое сопротивление тканевого фильтра Р, Па (уточненное значение), в любой момент времени (, с) от включения фильтра в работу определяют по формуле:

где _r - динамический коэффициент вязкости газа, Па*c; _n - пористость слоя пыли; dm - средний размер частиц пыли, м; _т- - пористость ткани; С_х - начальная запыленность газа, кг/м³; п- плотность пыли, кг/м³.

Периоды работы фильтра между регенерацией, встряхиванием или продувкой ориентировочно определяют в зависимости от входной запыленности газов:

Входная запыленность, г/м3 Периоды между регенерацией, мин	5 10-12	10 8-9	20 4-7

Пылеулавливание в цехах подготовки и переработки порошковых материалов является технической проблемой. Например, все звенья погрузочно-разгрузочных работ - потенциальные источники пыления, интенсивность которых зависит от технического уровня используемого оборудования и технологии перегрузки сыпучих и кусковых материалов. Наиболее полно задачи борьбы с образованием пыли и ее улавливанием решены для конвейерных линий и некоторых видов перерабатывающего оборудования [1].

В настоящее время для очистки таких отходящих газов от пыли применяют одноступенчатую очистку в циклонах ЦН-15, ЦН-11 или двухступенчатую с использованием дополнительного циклона-промывателя типа СИОТ или ЛИОТ. Однако они не обеспечивают требуемой степени очистки газов, что связано с зарастанием воздухопроводов в местах отделения сухого газа от пыли и газа от капель воды. Поэтому дополнительно используют пылеулавливающие установки, включающие сухиеинерционные пылеуловители (циклоны групповые и батарейные), пористые фильтры (ленточные, рамные, рукавные со струйной импульсной и обратной продувкой, зернистые и др.).

Фильтр имеет корпус 1, фильтрующие элементы 4, бункер 5, систему импульсной регенерации 3. Фильтрующий элемент содержит четыре пары вертикально размещенных фильтрующих ячеек 2. Ячейка содержит наклонные непроницаемые перегородки, верхние и нижние сетки. Между сетками засыпаются частицы слоем 150 мм размером 3-5 мм дробленого материала из магнезита, доломита, гравия и т.д. Перегородки и сетки образуют каналы треугольного сечения, по которым очищенные газы через отверстия в боковине проходят в короб. В каналах для прохода очищенного газа устанавливают перфорированные трубки, служащие для циклической подачи сжатого воздуха из коллектора. Фильтрующие ячейки разделены перегородками на три равные части. При импульсной продувке нижние ячейки работают в режиме фильтрации, а верхние - в режиме регенерации.

1.3 Электрофильтры

Метод электроосаждения (улавливания пыли в электрическом поле) заключается в следующем. Частицы пыли (или капельки влаги) сначала получают заряд от ионов газа, которые образуются в электрическом поле высокого напряжения, а затем движутся к заземленному осадительному электрозаряду. Лопав на заземленный уловитель, частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает слоем частиц, они стряхиваются под воздействием вибрации и собираются в бункере. Схема электрического осаждения пыли представлена на рис. 7. [2].

Рис. 7. Схема электрического осаждения пыли: 1 - источник электропитания; 2 - коронирующий электрод; 3 - осадительный электрод; 4 -ион газа; 5- частица пыли

Электрофильтры применяются там, где необходимо очищать очень большие объемы газа и отсутствует опасность взрыва. Эти установки (рис. 8) используются для улавливания летучей золы на современных электростанциях, для улавливания пыли в цементной промышленности, а также в металлургии в мощных системах улавливания дыма, для пылеулавливания в системах кондиционирования воздуха и других смежных отраслях [4,9].

1.4 Аппараты «мокрого» пыле- и газоулавливания

При очистке газов от частиц пыли и для переработки газообразных отходов с целью извлечения из них полезных компонентов или их обезвреживания успешно применяются методы и оборудование, основанные на принципах мокрого пылеулавливания. Целесообразно сочетание сухой и последующей мокрой очистки, которая в свою очередь может сочетаться с адсорбционной доочисткой. Развитая поверхность контакта фаз способствует увеличению эффективности пылеулавливания. В промышленности используют мокрые пылеуловители (промыватели) капельного, пленочного и барботажного типов. Конструктивно аппараты могут быть полыми, тарельчатыми, механического и ударно-инерционного действия (ротоклоны), а также скоростного типа (трубы Вентури и другие инжекторы).

Необходимо стремиться к созданию мокрых промывателей с минимальным гидравлическим сопротивлением, работоспособных при низких расходах воды. Эффективность очистки пыли зависит от размеров улавливаемых частиц и от других свойств пыли. Необходимость концентрирования системы жидкость - твердое тело с возвратом очищенной воды на пылеулавливание, накопление в орошаемой жидкости растворимых компонентов пыли усложняет систему мокрого пылеулавливания. В общем виде процесс улавливания пыли мокрым методом представляется как перенос твердой фазы из газовой среды в жидкую и удаление последней из аппарата вместе с твердой фазой [2,3].

Рис. 9. Схемы основных способов мокрого пылеулавливания: а - в объеме жидкости; б - пленками жидкости; е - распыленной жидкостью; 1 - пузырьки газа; 2 - капли жидкости; 3 - твердые частицы



Скрубберы (газопромыватели)

При объемно-жидкостном способе поток запыленного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для этой цели используют пенные пылеуловители с провальными тарелками или тарельчатые скрубберы, эффективность которых может достигать 90-95%. На рис. 10 представлен тарельчатый скруббер.

Рис. 10. Тарельчатый скруббер: 1 - каплеуловитель; 2 -тарелка

Рис. 11. Пылеуловитель ПВМ: 1 - корпус; 2,4- перегородки; 3 - водоотбойник; 5 - каплеуловитель; б - вентиляционный агрегат; 7 - устройство для регулирования уровня воды

Улавливание пыли пленками жидкости характеризуется тем, что контакт газа и жидкости происходит на границе двух сред без перемешивания. Захват (собственно улавливание) твердых частиц тонкими пленками жидкости происходит на поверхностях конструктивных элементов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротоклоны и т.п. На рис. 11 показана схема пылеуловителя вентиляционного мокрого (ПВМ). Улавливание пыли распыленной жидкостью заключается в том, что орошающая жидкость вводится в запыленный объем (поток) газа в распыленном или дисперсном виде. Распыление орошающей жидкости производится с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого потока газа. Первый способ распыления используется в полых скрубберах (рис. 12), второй - в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рис. 13).

Рис. 12. Полый форсуночный скруббер

Рис. 13. Скруббер Вентури 1 - каплеуловитель; 2 - диффузор; 3 - горловина; 4 - конфузор; 5 - устройство для подачи воды



Скрубберы Вентури (сочетание трубы с каплеуловителем центробежного типа) обеспечивают очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава. В зависимости от физико-химических свойств улавливаемой пыли, состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Скорость газа в горловине может быть 30-200 м/с, а удельное орошение 0,1-6 м3/м³. Эффективность очистки от пыли зависит от гидравлического сопротивления. Скрубберы Вентури эффективно работают при допустимой запыленности очищаемых газов 30 г/м³, предельной температуре очищаемого газа 400 °С, удельном орошении 0,5-2,5 м3/м³ и гидравлическом сопротивлении 6-12 кПа.

Характеристика труб типа ГВПВ (газопромыватель Вентури прямоточный высоконапорный) приведена в табл. 3. Конструкция часто дополняется каплеуловителем циклонного типа (КЦ7), который обеспечивает улавливание капель при содержании жидкости не более 1 м3/м³, температуре не выше 80°С, концентрации капельной влаги после сепарации 70 мг/м³. Гидравлическое сопротивление 350 Па и производительность КЦТ 1700-82500 м3/ч.

Таблица 3. Технические характеристики скруббера Вентури

Типоразмер	Объем газов на выходе, m'/m	Диаметр горл., MM	Расход орош. жидкости, м3/ч	Давление жид. перед форсункой, кПа
ГВПВ-0,006	1700-3500	85	1,18-3,2	180-370
ГВПВ-0,03	9320-18900	200	6,5-13	60-250
ГВПВ-0,08	23460-47600	320	16,8-45	80-570
ГВПВ-0,140	41400-84000	420	28,8-46	130-320



Таблица. Скрубберы Вентури типа СВ-Кк (комплект скруббер-сепаратор, один или два) имеют следующие характеристики:

Объем очищаемых газов, м3/ч Расход орошаемой жидкости, м3/ч Температура очищаемых газов, °С Концентрация взвешенных частиц, мг/м3 Удельное орошение, м3/м3 Гидравлическое сопротивление, кПа	50000-500000 65-400 до 120 до 10000 0,5-3,5 4-12

Созданы скрубберы центробежные, вертикальные, батарейные СЦВБ-20, обеспечивающие производительность по газу 9000-20000 м3/ч при температуре не выше 60 °С, запыленности не более 10 г/м³ и гидравлическом сопротивлении скрубберов 1,7 кПа.

Мокрую очистку газов с частицами 2-3 мкм можно проводить в скрубберах центробежного типа СЦВП, в которых жидкость дробится непосредственно запыленным газом. Шлам, оседающий в нижней части скруббера, выводится эрлифтом в контейнер, а осветленная жидкость вновь возвращается в скруббер. Производительность таких аппаратов 5000-20000 м /ч, допустимая запыленность 2 г/м³, температура газов 80 "С, гидравлическое сопротивление 2,4 кПа, расход воды на очистку 0,05 м3/м³.

Разработаны скрубберы ударно-инерционного типа с пылеуловителями вентиляционными мокрыми. Производительность таких скрубберов 3000-40000 м3/ч. Запыленность газов 10 г/м , гидравлическое сопротивление аппарата 0,8-2 кПа, расход воды 10-40 г на 1 м³ очищаемого воздуха.

Для химической очистки газов от соединений фтора с содержанием до 1 г/м³ можно рекомендовать скрубберы с шаровой подвижной насадкой и полые. Очистку производят растворами гидроксида или карбоната натрия.

Эффективность очистки газов от пыли зависит от дисперсности, плотности, склонности к слипанию, сыпучести, абразивности, смачиваемости, гигроскопичности, растворимости и др. Однако основным параметром при выборе пылеуловителя является размер частиц. Необходимо знать дисперсный состав пыли, задаваемый в виде таблиц или интегральных кривых. Гранулометрический состав большинства видов пыли подчиняется нормально логарифмическому закону распределения частиц по размерам. Степень очистки газов определяют по формуле:

где х - диаметр частиц пыли, мкм; dso - диаметр частиц пыли, улавливаемых в аппарате на 50%; lg r -стандартное отклонение в функции распределения частиц по размерам; lg _т - стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.

Интеграл Ф(х) табулирован. В.Н. Ужовым и др. составлена таблица для определения значений Ф(х), соответствующих разным значениям х [10].

С достаточной точностью дисперсию (геометрическое стандартное отклонение) можно рассчитать по формуле:

где d16, d₆₄ - диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84%.

Для нахождения значений lg необходимо иметь опытные данные по очистке в пылеуловителях определенной конструкции двух видов различной пыли.



Рис. 14. Номограмма для определения эффективности улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки газов

По номограмме (рис. 14) определяют эффективность улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки.

Номограмма построена для значений d_m и d₅₀ пыли стандартной плотности _г = 1000 кг/м³. Пересчет значений d_m и d₅₀ от реальной плотности _г к стандартной производят по формуле:

Установлена зависимость степени пылегазоочистки от энергозатрат [10]:

где Кг- удельная энергия соприкосновения, кДж/1000 м³ газов; b и к -константы, определяемые из дисперсного состава пыли, позволяет рассчитать эффективность улавливания пыли. Вероятностно-энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей основан на обобщенной зависимости:

полученной для стандартной плотности пыли рг = 1000 кг/м³ и вязкости газов _r=18*10^-6Пас.

Эта зависимость может быть использована для выбора способов очистки и принципиальной конструкции скрубберов.

Для очистки или обезвреживания газообразных отходов или технологических газов с целью извлечения из них сопутствующих (полезных) газообразных компонентов широко используют метод абсорбции. Абсорбция основана на непосредственном взаимодействии газов с жидкостями. Различают физическую абсорбцию, основанную на растворении газа в жидкости, и хемосорбцию, в основе которой лежит химическая реакция между газом и жидким поглотителем.

Абсорбционной очистке подвергают газообразные отходы, содержащие один или несколько извлекаемых компонентов. В зависимости от используемого абсорбента (табл. 4) и его селективности можно выделить либо один компонент, либо последовательно несколько. В результате абсорбции получают очищенный газ и насыщенный раствор, который должен быть легко регенерируемым с целью извлечения из него полезных газов и возвращения его на стадию абсорбции [2].

Таблица 4. Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов

Поглощаемые компоненты	Абсорбенты
Оксиды азота N2Оз, NO5	Вода,, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2C03, NaHCO3, КОН, К2СОз, КНСОз, Са(ОН)2, СаСОз, Мg(ОН)2, МgСОз, Ва(ОН)2, ВаСОз, NН4HСОз
Оксид азота NO	Растворы FeCl2, FeSO4, Na2S203, NaHCO3,Na2S0з, NaHS03
Диоксид серы SO2	Вода, водные растворы: Na2SO3 (18-25%-ные), NH40H (5-15%-ные), Са(ОН)2 Na2C03 (15-20%-ные), NaOH (15-25%-ные), КОН, (NH4)2SO3 (20-25%-ные), ZnS03, К2СОз: суспензии СаО, МgО, СаСО3, ZnO, золы; ксилидин - вода в соотношении 1:1, диметиланилинС6Нз(СНз)2NН2
Сероводород H2S	Водный растворNa2СОз+Nа3АsО4 (Nа2НАsОз); водный раствор Аs2О3 (8-10 г/л)+NНз (1,2-1,5 г/л)+(NН4)3АsОз (3,5-6 г/л); моноэтаноламин (10-15%-ный раствор); растворы К3РО4 (40-50%-ный раствор); растворы К3Р04 (40-50%-ные), NH4OH, К2СОз, CaCN2, натриевая соль антрахинондисульфокислоты
Оксид углерода СО	Жидкий азот; медно-аммиачные растворы [Сu(NНз)]nх хСОСН
Диоксид углерода С02	Водные растворы Na2C03, К2СОз, NaOH, КОН, Ca(OH)2, NH4OH, этаноламины RNH2, R2NH4
Хлор Cl2	Растворы NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2C03, К2СОз, МgСОз, СаСОз, Na2S203; тетрахлоридметан CCI4
Хлористый водород НСl	Вода, растворы NaOH, КОН, Ca(OH)2, Na2C03, К2СОз
Соединения фтора HF, SiF4	Na2C03, NaOH, Са(ОН)2

Требования, которым должна удовлетворять абсорбционная аппаратура, вытекают из физического представления явлений массопереноса в системах газ - жидкость. Так как процесс массопереноса протекает на поверхности раздела фаз, то в конструкциях аппаратов необходимо ее максимально развивать.

Для поверхностных абсорберов характерным является конструктивно образованная поверхность, по которой в пленочном режиме стекает абсорбент (жидкость). Наиболее распространенной конструкцией таких противоточных абсорберов являются хорошо известные насадочные. В качестве насадки применяют кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и другую насадку. Насадочные аппараты сложны, так как необходимо создать опорную решетку, оросители, обеспечить эффективное улавливание капель абсорбента.

В распиливающих абсорберах межфазная поверхность образуется мелкими каплями путем дробления, распыления жидкости. В объеме аппарата с помощью форсунок создаются капли, контактирующие с газовым потоком.

В механических абсорберах жидкость распыляется в результате подвода извне механической энергии, например, вращения валков или специальных распылителей. Эти конструкции достаточно сложны.

В поверхностных и распыливающих абсорберах сплошной фазой является газ, а распределенной - жидкость. В барботажных абсорберах в сплошном потоке жидкости распределяется газ, что достигается на так называемых тарелках. Режим, в котором работают такие

1.5 Циклон ЦН-15У

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/м3, для слабослипающейся пыли следует принимать не более 1000, а для среднеслипающихся - не более 250. температура газа принимается не более 4000С, а максимальное давление не более 5кПа. [6].



2. Общая характеристика производства муки

Зерно - важнейший продукт сельского хозяйства. Оно служит основным источником питания человека, кормовой базой продуктивного животноводства и сырьем для технического производства. Зерновые продукты являются основными продуктами питания в силу присущих им отличительных свойств: способности синтезировать большое количество сухих веществ (около 85% всей массы), сохраняться в обычных условиях в течении нескольких лет без существенного изменения свойств, высокой транспортабельности. По количеству питательных веществ (белки, углеводы, минеральные вещества и витамины группы В) продукты переработки зерна (мука, крупа, хлеб, макаронные изделия) составляют около 1/3 рациона питания человека, обеспечивая более половины энергетической ценности суточного рациона.

2.1 Созревание и послеуборочное дозревание зерна

Сущность процесса созревания зерна состоит в том, что растворимые в воде низкомолекулярные вещества, образовавшиеся в зеленых листьях и стеблях, перемещаются в зерно. Сахара, находившиеся в зерне на его ранних стадиях созревания, превращаются в крахмал и гемицеллюлозу, из свободных аминокислот синтезируются белки, идет формирование клейковины. Свежее убранное зерно имеет пониженные семенные и технологические качества. Полная физиологическая зрелость зерна, при которой оно отличается наивысшей всхожестью и энергией прорастания, наступает через некоторое время в процессе его хранения. Этот период называется периодом послеуборочного дозревания.

Зерно наиболее быстро дозревает при низкой влажности, температуре 15-30С° и выше и свободном притоке воздуха к семенам. Кислород не только ускоряет этот процесс, но и ведет к удалению диоксида азота образующегося при дыхании зерна и замедляющего эту стадию.

2.2 Сушка зерна в зерносушилке

При неблагоприятных условиях хранения процесс послеуборочного дозревания пшеницы требует 1-1,5 месяцев, а при искусственной сушке его можно сократить до 2-3 недель. Для ускорения процесса дозревания применяют зерносушильные аппараты. Зерносушильный агрегат ДСП-32-ОТ открытого типа предназначен для сушки сырого зерна кукурузы, пшеницы, ржи, ячменя, овса, семян подсолнечника и других зерновых культур. Зерносушильный агрегат такого типа (рис. 2) состоит из двух параллельно работающих шахт 3 высотой 11,57 м. Каждая из них состоит из семи секций по высоте делится на три зоны: первая зона сушки высотой 4,95 м расположена на верхней части шахты; вторая зона сушки высотой 2,85 м находится в средней части шахты; третья зона является охладительной. Высота одной секции составляет 1,65 м, причем в каждой секции расположено 8 рядов коробов по 16 в каждом ряду. Шахта по высоте имеет пеногасителями сплавного устройства и частично увлекается водой в канал. Примеси из моечной ванны через воронку 8 и патрубок 9 отводятся в сборник.

В отжимной колонке под действием центробежной силы и вихревых потоков воздуха влажное зерно прижимается к ситовой обечайке и поднимается лопатками барабана 19 к выпускным патрубкам. Из отжимной колонки зерно поступает на дальнейшую обработку. Технологическая схема подготовки зерна к помолу (см. чертеж) может быть сокращенной или развернутой в зависимости от типа зерновой культуры, ее качества, типа помола и т. д. Для сортового помола пшеницы применяют развернутую схему, которая включает в себя следующие стадии: сушка зерна в зерносушилке, отлежка зерна на складе, взвешивание, магнитный контроль, сепарирование, выделение минеральных примесей на камнеотделительной машине, магнитный контроль, обработку поверхности на обоечных машинах, гидротермическая обработка зерна (аспирационная колонка А1-БКА), увлажнение и мойка зерна, короткая отлежка.

2.3 Помол зерна

Помол зерна состоит из двух операций: собственно помола зерна и просеивания продуктов помола. Помолы могут быть разовыми и повторительными. Разовый помол - наиболее простой, при этом зерно на молотковых дробилках за один прием полностью измельчают в муку вместе с оболочками. Полученная мука отличается низким качеством, имеет темный цвет, неоднородна по размеру частиц. Для улучшения качества муки разового помола из нее путем просеивания отбирают некоторое количество крупных оболочек (отрубей). Разовые помолы имеют ограниченное применение. Повторительные помолы более совершенны, зерно измельчают в муку путем многократного прохождения через измельчающие машины, при этом после каждого измельчения продукт сортируют в просеивающих машинах.

Основным видом измельчающего оборудования для этих помолов являются вальцовые станки. Два цилиндрических чугунных вальца 2 одинакового диаметра расположены под углом и вращаются навстречу друг другу с разными скоростями. Поверхность вальцов рифленая, зазор между ними устанавливается в зависимости от намечаемой крупноты помола. Исходное зерно через приемную трубу 5 питающим механизмом 3 подается на вальцы 2. Зерно задерживается нижним вальцом, имеющим меньшую скорость вращения, скалывается и растирается рифлями верхнего быстровращающегося вальца. Чувствительный элемент сигнализатора уровня 4, шторки-датчики 6 и заслонка 7 служит для регулирования подачи зерна. Поверхность вальцов очищается с помощью щеток 1 и ножей 8. Измельченное зерно II удаляется через выпускные конусы 9. Для сортирования продуктов измельчения зерна по размеру частиц после каждого вальцового станка устанавливается рассев с набором сит разных размеров, расположенных друг под другом.



3. Расчет циклона

Исходные данные (пыль зерновая): 1) количество очищаемого газа при рабочих условиях Qр = 3800 м3/ч = =1,05 м3/с; 2) плотность газа при рабочих условиях сг = 1,3 кг/м3; 3) динамическая вязкость газа при рабочей температуре мt = 22,2*10-6 Па*с; 4) дисперсный состав пыли, задаваемый двумя параметрами dm = 5 мкм и lg уч = 0,283; 5) запыленность газа Свх = 10 г/м3; 6) плотность частиц сч = 1100 кг/м3; 7) требуемая эффективность очистки газа з = 80 %. Расчет циклонов производится методом последовательных приближений в следующем порядке: 1. Задавшись типом циклона (ЦН-15У), по таблице 2.8 [1] определяем оптимальную скорость газа в аппарате щопт = 3,5 м/с. 2. Определяем необходимую площадь сечения циклона, м2: 3. Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N=1, м: Диаметр циклона округляем до значения, указанного в таблице 2.2 [1]. В данном случае D = 0,5 м. 4. Вычисляем действительную скорость газа в циклоне, м/с: Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.

В данном случае отклонение составляет 6 %, что допустимо. 5. Принимаем по таблице 2.10 коэффициент гидравлического сопротивления, соответствующий данному циклону: . К1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона, определяемый по таблице 2.11: К1 = 1; К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа, определяемый по таблице 2.12: К2 = 0,92; К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, определяемый по таблице 2.13: К3 = 35 6. Определяем потери давления в циклоне, Па: 7. Приняв по таблице 2.8 два параметра, характеризующих эффективность выбранного типа циклона, определяем значение параметра d50 при рабочих условиях (диаметр циклона, скорость потока, плотность пыли, динамическая вязкость газа) по уравнению: 8. Определяем параметр Х по формуле: 9. Определяем по таблице 1.11 значение Ф(Х), представляющее собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях: Ф (0,66) = 0,497 10. Фактическая степень очистки, %: Для проектирования и построения циклона необходимы геометрические размеры. Для этого используем табл. 1.13 [2] «Соотношение размеров (в долях внутреннего диаметра)»: Внутренний диаметр выхлопной трубы d = 0,3 м; Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d1 = 0,2 м; Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер) b = 0,1 м; Ширина входного патрубка на входе (внутренний размер) b1 = 0,13 м; Длина входного патрубка l = 0,3 м; Диаметр средней линии циклона Dср = 0,4 м; Высота установки фланца hфл = 0,05 м; Угол наклона крышки и входного патрубка циклона б = 15°; Высота входного патрубка а = 0,33 м; Высота выхлопной трубы hт =0,75 м; Высота цилиндрической части циклона Hц = 0,755 м; Высота конуса циклона Hк = 0,75 м; Высота внешней части выхлопной трубы hв = 0,15 м; Общая высота циклона H =1,71 м. Таблица 1 - Техническая характеристика Циклона ЦН-15-500 ? 1УП Типоразмер циклона Площадь сечения цилиндрической части корпуса (группы корпусов), м2 Производительность, м3/ч Рабочий объем бункера, м3 при V=2,5 м/с при V=4 м/с ЦН-15-500 ?1УП 0,196 1800 2800 0,32 Условное обозначение: Ц-циклон; Н- конструкция НИИОГАЗа; цифры после тире: первая (500) - внутренний диаметр цилиндрической части циклона (мм); вторая (после знака умножения) - количество циклонов в группе; У - усовершенствованный; П - пирамидальная форма бункера.



Заключение

Данный курсовой проект позволил расширить, систематизировать и закрепить знания, полученные при изучении методов очистки выбросов отходящих газов. Все методы очистки отходящих газов от пыли и загрязняющих веществ подразделяются на мокрые и сухие. Процесс пыле- или золоулавливания в мокрых газоочистных аппаратах сопровождается процессами абсорбции и охлаждения газов. Многие аппараты этого класса могут применяться не только для очистки газов от пыли и капель жидкости, но и для очистки от газообразных составляющих, а также для охлаждения газов.

К аппаратам сухой инерционной очистки газов относятся пылеосадительные камеры и некоторые из простейших по конструкции пыле- и золоуловителей инерционного действия, жалюзийные аппараты, циклоны в одиночном и групповом исполнении, прямоточные циклоны, батарейные циклоны, ротационные пылеуловители, дымососы-пылеуловители. В ходе работы были изучены технологии и технологические схемы переработки зерна в муку. Также был выявлен факт загрязнения производственного помещения пылью, причиной которого в технологической схеме является зерноочистительный сепаратор типа ЗСМ. В таких условиях наиболее эффективным способом борьбы с образующейся пылью является - установка очистного оборудования. Таким образом, была выявлена необходимость установки основного аппарата (циклона), так как он обладает следующим рядом преимуществ: * низкая стоимость; * незначительное ремонтное обслуживание * небольшое падение давления. В данном курсовом проекте был рассчитан и спроектирован циклон типа ЦН-15 У, фактическая степень очистки, которого составила 82%.



Использованная литература

1. Справочник по пыле- и золоулавливанию/М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; под общ.ред. А.А. Русанова. - 2 - е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат,1983.

2. Справочник «Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования»/А.С. Тимонин т.1. - Калуга: Бочкарева, 2003.

3. Машины и аппараты пищевых производств/ Антипов С.Т., Кретов И.Т. и др.; под редакцией академика РАСХН В. А. Панфилова./ М.: Высшая школа 2001. Том 1.

4. Технология пищевых производств/ А.П. Нечаев, И.С. Шуб и др., под редакцией А.П. Нечаева./ М.: КолосС 2005.

5. Технология муки, технология крупы/ В.И. Егоров. - издательство Колосс, 2005.

6. Подьемно-транспортные машины зерноперерабатывающих предприятий/ Ф.Г. Зуев, 1985

3. Размещено на Allbest.ru