Пылеосадительные камеры представляют собой металлическую или железобетонную емкость прямоугольного сечения, площадь которой в несколько раз больше площади газо-подводящего трубопровода. Из-за резкого уменьшения скорости потока в камере взвешенные частицы в значительной степени успевают осесть на ее дно. Степень очистки в камерах в зависимости от дисперсности пыли достигает 40-90 %). Для ее повышения камеры оборудуют специальными приспособлениями (перегородки, подвешенные цепи, проволока и т.п.), разбивающими поток входящего газа, улучшающими распределение его струй и прижимающими их к низу камеры. [5]

Применение камер целесообразно при: горизонтальных или наклонных газоотводах большого сечения, когда подсоединение более эффективной аппаратуры пылеулавливания затрудненно: повышенной запыленностью газов (несколько сотен граммов на 1 м³) как предварительной ступени очистки; повышенной температурой отходящих газов (600 - 1300 ⁰С), содержащих размягченные и слипающиеся крупные частицы, которые на пути движения по камере охлаждаются и становятся сыпучими.

Во многих случаях пылевые камеры, устанавливаемые за технологическими агрегатами, например металлургическими, на которых выходят газы с температурой свыше 600 ⁰С, заменяют котлами-утилизаторами или камерами испарительного охлаждения. Те и другие с точки зрения пылеулавливания также являются камерами.

Во многих случаях в качестве камер используют просто расширенные газоходы, степень очистки в которых составляет 10-20 %, иногда до 35 %.

Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц.

Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры. Эти камеры громоздки и мало эффективны; их используют преимущественно для предварительной грубой очистки газов и заменяют более совершенными газоочистительными аппаратами.

Рисунок 1 - Пылеосадительная камера

Теоретическая скорость осаждения:

где: B - относительная плотность газового потока; D1 -диаметр корондирующего электрода.

1.6 Пылеосадительные камеры

Пылеосадительные камеры представляют собой пустотелые ёмкости прямоугольного сечения с пылеприёмными бункерами в нижней части. Запылённый воздух в виде струи поступает в камеру через небольшое по сравнению с поперечным сечением камеры отверстие. Для того чтобы запыленный воздух заполнял все сечение камеры, на входе иногда устанавливают поперечные газораспределительные решетки (рис. 1), перегородки или другие устройства, стабилизирующие поток. В этом случае скорость струи гасится очень быстро вследствие ее растекания во все стороны. Резкие повороты запылённого потока способствуют отделению пылевых частиц. Время нахождения пылевой частицы в камере должно быть больше времени, необходимого для ее оседания. Исходя из этого условия, назначают габариты камеры - высоту, длину и ширину. В зависимости от крупности пылевых частиц, подлежащих осаждению, скорость в пылеосадочных камерах назначают в пределах 0.2 - 0.5 м/с.

Рисунок 5 - Схема пылеосадительной камеры:

1 - входной газоход; 2 - газораспределительная решетка; 3 - выходной газоход; 4 - бункер

Основными размерами пылеосадительной камеры, определяющими ее эффективность, являются высота -  и длина - . С этими размерами связано время пребывания запыленного газа в камере :

, или .

Пропускную способность пылеосадительной камеры (м³/с) определяют из выражения

, (1)

или , (2)

где  - ширина камеры,

 - площадь поперечного сечения камеры,

 - скорость потока, проходящего через пылеосадительную камеру.

Наименьший диаметр (м) осаждённых частиц при ламинарном обтекании потоком газа определяют из выражения для определения скорости осаждения частиц [1]:

(3)

где с_ч - плотность частиц; с_г - плотность газа; d_ч - диаметр частиц; С - коэффициент сопротивления.

Используя значения коэффициента сопротивления для ламинарного обтекания частиц, получим

 , (4)

или . (5)

Используя выражение (1), получим

. (6)

Таким образом, для повышения степени очистки следует по возможности уменьшить скорость потока и высоту пылеосадительной камеры и увеличить её длину. Иногда для снижения высоты осаждения в камере устанавливают осадительные полки. В таких аппаратах при скоростях потока 0.3 - 0.4 м/с оказывается возможным улавливать частицы диаметром до 15 - 20 мкм. В большинстве случаев осадительные камеры используют для улавливания частиц крупнее 40 мкм при скорости потока, проходящего через камеру 1 -2 м/с. Из-за больших габаритов и низкой эффективности пылеосадительные камеры в современных вентиляционных установках почти не применяются. При высоких концентрациях пыли в воздухе, подлежащем очистке и наличии в ней значительного числа крупных частиц применение камер возможно в качестве первой ступени очистки.

Поэтому актуальна задача оптимизации процесса очистки в пылевых камерах с целью повышения эффективности её работы.

1.7 Математические модели

Для решения задач компьютерного моделирования применяется системный подход, в соответствии с которым химико-технологический процесс (ХТП) рассматривается как некоторая функциональная система («объект», рисунок 6), характеризующаяся следующими основными совокупностями переменных:

X - вектором входных переменных, которые влияют на состояние процесса и, в общем случае, определяют его состояние;

Y - вектором выходных переменных, которые характеризуют состояние процесса и зависят от входных переменных X.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Функциональная система

Объект, представляющий собой один аппарат или секцию аппарата (типовой ХТП), в котором протекают физико-химические процессы, называется физико-химической системой (ФХС).

Объект, являющийся совокупностью соединенных между собой аппаратов (химическое производство), называется химико-технологической системой (ХТС). программа пылеосадительная камера вычисление

Превращение входных переменных X в выходные переменные Y может быть представлено в виде зависимости

y=F(x,a)

где F - функциональный оператор, который отображает пространство входных переменных X в пространство выходных переменных Y; a - коэффициенты уравнений, описывающих физико-химические процессы.

Основные этапы построения физико-химической блочно-структурной математической модели ХТП изображены на рисунке 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7 - Построение блочно-структурной математической модели

1. Построение системы уравнений математического описания ХТП (МО).

2. Разработка моделирующего алгоритма (МА).

3. Реализация моделирующего алгоритма решения системы уравнений математического описания ХТП на компьютере, в результате чего получается математическая модель (ММ) процесса или ее расчетный модуль (Расчетный модуль ФХС/ХТС).

В результате можно привести два определения математической физико- химической блочно-структурной модели ХТП:

1) математическая модель - это реализованный на компьютере алгоритм решения системы уравнений математического описания;

2) математическая модель - это система уравнений, которая связывает между собой входные и выходные переменные реального процесса (МО), для прогнозирования свойств которого необходимо с помощью специального алгоритма решить эту систему уравнений, а сам алгоритм должен быть реализован на компьютере.

2. Цели и задачи курсового проектирования

Цель курсового проектирования: математическое моделирование процесса осаждения в пылеосадительной камере.

Задачи курсового проектирования:

1. Аналитический обзор различных пылеосадителей.

2. Рассмотрение процесса осаждения как объекта математического моделирования

3. Разработка программного продукта в среде Visual C# Express 2010 для изучения процесса с помощью математической модели.

4. Разработка программной документации (Описание применения).

3. Технологическая часть

3.1 Постановка задачи

На вход пылеосадительной камеры подается запыленный газ, на выходе получается пыль и очищенный газ. Требуется рассчитать скорость осаждения, коэффициент гидравлического сопротивления, коэффициент Рейнольса, коэффициент Архимеда, максимальный диаметр частиц.

3.2 Математическая модель процесса осаждения в пылеосадительной камере

Схематически пылеосадительную камеру изобразим, как показано на рисунке 8.

X, (м_с,g,с_c,с_ч,b,H,l,f,w,p₁,р₂) Y, (щ₀,V_c,Q,Ar,d_max)

Рисунок 8 - Схематическое изображение процесса осаждения

Входные данные:

1. м_с - динамический коэффициент вязкости (Па*с)

2. с_c - плотность системы (кг/м³)

3. с_ч - плотность частиц (кг/м³)

4. b - ширина аппарата (м)

5. H - Высота аппарата (м)

6. l - длина аппарата (м)

7. f - площадь отверстия насадки (м²)

8. w - скорость в точке отбора пробы (м/с)

9. p_{1 -} Абсолютное давление в воздуховоде (кг/м²)

10. р_{2 -} Абсолютное давление в камере (кг/м²)

3.3 Расчет процесса осаждения в пылеосадительной камере

1. Максимальный диаметр частиц

µ_c-динамический коэффициент вязкости

g-ускорение свободного падения

с_с-плотность системы

с_ч-плотность частицы

2. Коэффициент Архимеда

3. Расчет коэффициент Рейнольса

4. Коэффициент гидравлического сопротивления

1 При ламинарном режиме осаждения 10^-4<Re<1.0 обтекание носит плавный характер .

2 При переходном режиме осаждения 1,0<Re<500 плавность обтекание нарушается .

3 При турбулентном режиме осаждения Re>500, движение становится не упорядоченным, траектории частиц извилистыми ц=0,44

5. Скорость осаждения

6. Производительность

Производительность определяется по уравнению расхода

В данном случае отсеивание частицы пыли в аппарате протекает за время ф , то

и , а следовательно

b - ширина аппарата

H- высота аппарата

l- длина аппарата

7. Концентрация

G ? привес аналитического фильтра в пылезаборной трубке, мг;

Q- Расход воздуха через трубку, м³/ч

f- Площадь отверстия насадки в пылезаборной трубке перед фильтром, м2;

w- Скорость в точке отбора пробы, м/с

t- Время эксперимента, с;

е- поправочный коэффициент на изменение объема отсасываемого воздуха за счет изменения давления

P1- абсолютное давление в воздуховоде стенда в месте отбора пробы, кг/м2

P2- абсолютное давление в камере, кг

4. Разработанный интерфейс

Для реализации построенной математической модели процесса осаждения в пылеосадительной камере была написана программа в среде Visual C# Express 2010.

Запуск программы:

Рисунок 9 - Интерфейс программы

При запуске программы появляется окно - «схема аппарата», в котором пользователь видит схему пылеосадительной камеры и может ознакомиться с краткой теоретической частью о пылеосадителях.

5. Экспериментальная часть

5.1 Тестирование программы

Вторая вкладка программы «Настройка параметров». В ней мы задаем параметры процесса и аппарата.

Рисунок 10 - Расчет в пылеосадительной камере

Третья вкладка программы «Результаты вычисления».

Рисунок 11 - Результаты вычисления

Нажав кнопку «О программе», пользователь может узнать название курсовой работы и разработчика программы.

Рисунок 12 - Справка о программе

На графике представлена зависимость расхода воздуха от скорости воздуха в точке отбора пробы.

Рисунок 13 - Графическая зависимость

5.2 Анализ полученной модели

Проведя серию тестовых примеров построенной математической модели можно сделать следующие выводы: ММ с допустимой погрешностью описывает процесс, проходящий в пылеосадительной камере. К сожалению, данная модель использует минимальное количество входных переменных и не учитывает многих важных факторов, которые в действительности влияют на выходные параметры модели. С другой стороны, данная ММ довольно точно моделируют протекающий процесс, проведенные тестовые примеры при сравнении с результатами, полученными в научной литературе при помощи других моделей совпадают довольно точно. Так что можно сказать, что построенная ММ работает с допустимой погрешностью правильно.

Выводы

В ходе выполнения курсового проектирования нами была построена и реализована в среде программирования Visual C# Express 2010 математическая модель пылеосадительной камеры. Для этого проведен аналитический обзор различных видов пылеуловителей, сформирована структура ММ процесса пылеосаждения и разработана программа, реализующая вычисление параметров процесса по приведенной модели. Тестирование программы показало ее работоспособность.

Литература

1. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования ХТП. - 2006.- 420 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

3. Гольцева Л.В. Курс лекций по дисциплине «Математическое моделирование химико-технологических процессов»

4. Страус В. Промышленная очистка газов. - М.: Химия, - 1981. - 616 с.

5. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. - М.: Химия, 1981. - 392 с.

6. Криксунов Е.А. Экология. - М.: Дрофа, - 1995. - 247 c.

Приложение А

Листинг программы:

MasterControler.cs

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using KursPO.Core;

using KursPO.Properties;

using KursPO.GUI;

using KursPO.Utility;

using KursPO.Moduls;

using System.Data;

using System.IO;

namespace KursPO.Core

{

static class MasterControler

{

#region Проверка входных данных

public static bool TestData(string[] sd)

{

TestingMaster test = new TestingMaster();

try

{

test.TestInterData(sd);

return true;

}

catch

{

return false;

}

}

public static string[] Replace(params string[] d)

{

for (int i = 0; i < d.Length; i++)

{

d[i] = d[i].Replace('.', ',');

}

return d;

}

#endregion

#region Настройка и подключение модели

public static void Calculating(string[] intro)

{

IntroData calc = new IntroData(intro);

Model f = new Model(calc);

f.CalculateData();

f.MakeResult();

}

#endregion

#region Передача результата в хранилище данных

#endregion

#region Получение данных из базы

public static DataTable GetTableFromBase()

{

string qwerty = "Select * FROM MainParam";

return DBAccess.ExecuteDataTable(qwerty);

}

public static DataTable GetSecTableFromBase()

{

string qwerty = "Select *FROM ExtendParam";

return DBAccess.ExecuteDataTable(qwerty);

}

#endregion

}

}

About.cs

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

namespace KursPO.GUI

{

public partial class About : Form

{

public About()

{

InitializeComponent();

}

}

}

About. designer.cs

namespace KursPO.GUI

{

partial class About

{

/// <summary>

/// Required designer variable.

/// </summary>

private System.ComponentModel.IContainer components = null;

/// <summary>

/// Clean up any resources being used.

/// </summary>

/// <param name="disposing">true if managed resources should be disposed; otherwise, false.</param>

protected override void Dispose(bool disposing)

{

if (disposing && (components != null))

{

components.Dispose();

}

base.Dispose(disposing);

}

#region Windows Form Designer generated code

/// <summary>

/// Required method for Designer support - do not modify

/// the contents of this method with the code editor.

/// </summary>

private void InitializeComponent()

{

System.ComponentModel.ComponentResourceManager resources = new System.ComponentModel.ComponentResourceManager(typeof(About));

this.pictureBox1 = new System.Windows.Forms.PictureBox();

this.label1 = new System.Windows.Forms.Label();

this.label2 = new System.Windows.Forms.Label();

this.label3 = new System.Windows.Forms.Label();

this.label4 = new System.Windows.Forms.Label();

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox1)).BeginInit();

this.SuspendLayout();

//

// pictureBox1

//

resources.ApplyResources(this.pictureBox1, "pictureBox1");

this.pictureBox1.Name = "pictureBox1";

this.pictureBox1.TabStop = false;

//

// label1

//

resources.ApplyResources(this.label1, "label1");

this.label1.Name = "label1";

//

// label2

//

resources.ApplyResources(this.label2, "label2");

this.label2.Name = "label2";

//

// label3

//

resources.ApplyResources(this.label3, "label3");

this.label3.Name = "label3";

//

// label4

//

resources.ApplyResources(this.label4, "label4");

this.label4.Name = "label4";

//

// About

//

resources.ApplyResources(this, "$this");

this.AutoScaleMode = System.Windows.Forms.AutoScaleMode.Font;

this.Controls.Add(this.label4);

this.Controls.Add(this.label3);

this.Controls.Add(this.label2);

this.Controls.Add(this.label1);

this.Controls.Add(this.pictureBox1);

this.FormBorderStyle = System.Windows.Forms.FormBorderStyle.FixedSingle;

this.MaximizeBox = false;

this.MinimizeBox = false;

this.Name = "About";

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox1)).EndInit();

this.ResumeLayout(false);

this.PerformLayout();

}

#endregion

private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox1;

private System.Windows.Forms.Label label1;

private System.Windows.Forms.Label label2;

private System.Windows.Forms.Label label3;

private System.Windows.Forms.Label label4;

}

}

Graphics.cs

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

using Telerik.Charting;

using Telerik.WinControls.UI;

using KursPO.Moduls;

namespace KursPO.GUI

{

public partial class Graphics : Form

{

public Graphics()

{

InitializeComponent();

MakeGraphicFirst();

}

private void MakeGraphicFirst()

{

if (Result.Q!=null)

{

radChart1.ChartTitle.TextBlock.Text = "Зависимость расхода воздуха \n от cкорости в точке отбора пробы ";

radChart1.ChartTitle.TextBlock.Appearance.TextProperties.Color = Color.Black;

Font w = new Font("Times New Roman", 12, FontStyle.Bold);

radChart1.ChartTitle.TextBlock.Appearance.TextProperties.Font = w;

ChartSeries chartSeries = new ChartSeries();

chartSeries.Appearance.LabelAppearance.Visible = false;

chartSeries.Name = "Расход-Скорость";

chartSeries.Type = ChartSeriesType.Line;

chartSeries.Appearance.LineSeriesAppearance.Color = Color.Black;

for (int i = 0; i < Result.Q.Count; i++)

{

ChartSeriesItem first = new ChartSeriesItem();

first.XValue = Result.we[i];

first.YValue = Result.Q[i];

chartSeries.AddItem(first);

}

chartSeries.Appearance.PointMark.Dimensions.Width = 1;

chartSeries.Appearance.PointMark.Dimensions.Height = 1;

chartSeries.Appearance.PointMark.FillStyle.MainColor = Color.Green;

chartSeries.Appearance.PointMark.Visible = true;

radChart1.PlotArea.Appearance.FillStyle.FillType = Telerik.Charting.Styles.FillType.Gradient;

radChart1.PlotArea.Appearance.FillStyle.MainColor = System.Drawing.Color.FromArgb(65, 201, 254);

radChart1.PlotArea.Appearance.FillStyle.SecondColor = System.Drawing.Color.FromArgb(0, 107, 186);

radChart1.Series.Add(chartSeries);

}

else

{

MessageBox.Show("Сначала выполните расчёт!");

}

}

}

}

MainForm.cs

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

using KursPO.GUI;

using KursPO.Core;

using KursPO.Utility;

using KursPO.Moduls;

using System.IO;

using System.Diagnostics;

namespace KursPO

{

public partial class Form1 : Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent();

}

#region Главные методы

private void сохранитьРезультатыToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

SaveFileDialog saver = new SaveFileDialog();

saver.Title = "Сохранение результатов";

saver.FileName = "Result.txt";

saver.Filter = "txt files (*.txt)|*.txt";

if (saver.ShowDialog() == DialogResult.OK)

{

if (MakeExportToTXT(saver.FileName))

{

MessageBox.Show("Сохранение завершено!");

}

else MessageBox.Show("Сохранение не выполнено. Сначала сделайте расчёт!");

}

}

private bool MakeExportToTXT(string path)

{

if (Result.Q!=null)

{

StreamWriter xMas = new StreamWriter(path, true, Encoding.GetEncoding(1251));

xMas.WriteLine("Сохранённые данные расчётов");

xMas.WriteLine();

xMas.WriteLine(" ____________________________________________");

xMas.WriteLine("Максимальный диаметр частиц: "+textBox11.Text);

xMas.WriteLine("Коэффициент Архимеда : " + textBox12.Text);

xMas.WriteLine("Расчет коэффициента Рейнольса: " + textBox13.Text);

xMas.WriteLine("Коэффициент гидравлического сопротивления: " + textBox14.Text);

xMas.WriteLine("Скорость осаждения: " + textBox15.Text);

xMas.WriteLine("Производительность: " + textBox16.Text);

xMas.WriteLine("Поправочный коэффициент: " + textBox18.Text);

xMas.WriteLine("____________________________________________");

xMas.Close();

return true;

}

else return false;

}

private void вычислитьToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

string[] f = MasterControler.Replace(textBox1.Text, textBox2.Text, textBox3.Text, textBox4.Text, textBox5.Text,

textBox6.Text, textBox7.Text,textBox8.Text,textBox9.Text,textBox10.Text);

textBox1.Text = f[0];

textBox2.Text = f[1];

textBox3.Text = f[2];

textBox4.Text = f[3];

textBox5.Text = f[4];

textBox6.Text = f[5];

textBox7.Text = f[6];

textBox8.Text = f[7];

textBox9.Text = f[8];

textBox10.Text = f[9];

if (MasterControler.TestData(f))

{

MasterControler.Calculating(f);

ReportData();

MessageBox.Show("Вычисления завершены!");

tabControl1.SelectTab(2);

}

else MessageBox.Show("Проверьте правильность входных данных");

}

private void ReportData()

{

textBox11.Text = Result.dmax.ToString();

textBox12.Text = Result.Ar.ToString();

textBox13.Text = Result.Re.ToString();

textBox14.Text = Result.fi.ToString();

textBox15.Text = Result.w0.ToString();

textBox16.Text = Result.Vsec.ToString();

textBox18.Text = Result.e.ToString();

}

private void графикиToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

Form a = new KursPO.GUI.Graphics();

a.Show();

}

#endregion

#region Второстепенные методы

private void выходToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

this.Close();

}

private void оПрограммеToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)

{

Form c = new About();

c.Show();

}

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

tabControl1.SelectTab(1);

}

#endregion

}

}

Размещено на Allbest.ru