Исследование цилиндрических циклонных аппаратов сухой очистки от пыли в табачном производстве

из коррозионностойкой стали.

Фильтры устанавливают в здании. Фильтр ФР-5000 может быть размещен и на открытом воздухе, но при этом верх фильтра закрывают утепленным шатром, а бункерную часть располагают в утеплен¬ном помещении.

Циклоны являются одними из простейших пылеулавливающих устройств.

Осаждение пыли в циклонах происходит под действием центробежной силы.

Запыленный газ по воздуховоду подается в цилиндрическую часть циклона где за счет тангенциального ввода приобретает вихревое движение. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам циклона и ссыпаются по конической его части к разгрузочному отверстию. Обеспыленный воздух отводится из циклона через верхний патрубок.



7. Технологический расчет: обоснование кинематических, конструкционных, геометрических параметров аппаратов защиты воздуха


Расчёт циклона ЦН-15

ДЛЯ РАСЧЕТОВ ЦИКЛОНОВ НЕОБХОДИМЫ СЛЕДУЮЩИЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

-количество очищаемого газа - Q = 1.4 м3/с;

-плотность газа при рабочих условиях - r = 0,89 кг/м3;

-вязкость газа - m = 22,2Ч10-6 НЧс/м2;

-плотность частиц пыли - rч = 1750 кг/м3;

-плотность пыли – dП = 25 мкм;

-дисперсность пыли - lgsч = 0,6;

-входная концентрация пыли – Свх = 80 г/м3.

- требуемая эффективность очистки газа от пыли не менее h = 0.87

Расчеты могут показать, что при заданных условиях невозможно обеспечить требуемое значение коэффициента очистки газов, или при этом имеют место чрезмерные потери давления. В этом случае только экономический расчет различных аппаратов пылеулавливания может установить их оптимальные параметры.

Расчет: Задаёмся типом циклона и определяем оптимальную скорость газа wопт, в сечении циклона диаметром Д.

Таблица 1

Тип циклона

ЦН-24


 ЦН-15 ЦН-11 СДКЦН-33 СКЦН-34 Сдкцн-34

Оптимальная

Скорость, wопт м/с

 4,5 3,5 3,5 2,0

1,7


 2,0

Выберем циклон ЦН-15, оптимальная скорость газа, в котором wопт = 3,5 м/с.

Определяем диаметр циклона, м. :

Ближайшим стандартным сечением является сечение в 700 мм.


По выбранному диаметру находим действительную скорость движения газа в циклоне, м/с

м/с,

где n – число циклонов.

Действительная скорость движения газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.

Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона:

где К1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона (таблица 2);

К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа (таблица 3);

500 – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм.

Таблица 2 Значение коэффициента К 1, для диаметров D (мм) циклона

Тип циклона ( К1 ) 150 200 300 500
ЦН-11 0,94 0,95 0,96 1,0
ЦН-15 .ЦН-15У, ЦН-24 0,85 А§0_ 0,93 1,0

Таблица 3. Значение коэффициента К2 на запыленность газа при С вх ,г/м3

Тип циклона 0 10 20 40 80 120 150
ЦН11 1 0.96 0.94 0.92 0.90 0.87 0.5
ЦН15 1 0.93 0.92 0.91 0.90 0.87 0.86
ЦН24 1 0.95 0,93 0.92 0.90 0.87 0.86
СДК-ЦН-34 1 0.98 0.947 0.93 0.915 0.91 0.90

Определяем гидравлическое сопротивление циклона:

Па

где р и ω соответственно плотность и скорость воздуха в расчетном сечении аппарата; 500 -коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500мм, Значение 500 выбирают из таблицы 4.

Таблица 4.

Тип циклона

500 при выхлопе в атмосферу

500 при выхлопе в гидравлическую сеть
ЦН-11 250 245
ЦН -15 163 155
ЦН-24 80 75

По таблице 5 определяем значение параметров пыли и lgsh:

Таблица 5.

Тип циклона ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24

4,5 6,0 8,5
lgsh 0,352 0,283 0,308

Для выбранного типа циклона - =4.5 мкм lgsh=0.352

Ввиду того, что значения , приведенные в таблице 5, определены по условиям работы типового циклона (Дт = 0,6 м; rт = 1930 кг/м3; mт = 22,2Ч10-6; wт = 3,5 м/с), необходимо учесть влияние отклонений условий работы от типовых на величину d50:

мкм

Рассчитываем параметр Х:


Таблица 6

Х. -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
Х. -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2
Ф (х) 0,1587 0,2119 0,2743 0,3446 0,4207
Х. 0 0,2 0,4 0,4 0,8 1,0
Ф (х) 0,5000 0,5793 0,6554 0,7257 0,7881 0,8413
Х. 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

по табл. 6 находим значение параметра Ф(x):

Ф(x)=0.8413

Определяем степень эффективности очистки газа в циклоне:

Расчетное значение h = 0,92 больше необходимого условия

h = 0,87, таким образом циклон выбран верно.


Расчёт рукавного фильтра.

Исходные данные: Расход очищаемых газов- 350· ; температура очищаемых газов- 250 ⁰С; плотность пыли – 2,6· ; концентрация пыли в очищаемых газах- 30 ; медианный диаметр частиц пыли - d50 =12 мкм. ; время отключения секций на регенерацию 40 с.

Требования к очищаемому газу: содержание пыли не должно превышать 30.

Определим удельную нагрузку q, пользуясь выражением:

Принимаем =2 . Для фильтра с обратной продувкой =0,6;

=0,93;=1;=0,7; с учетом требований к очищаемому газу =1.

Подставляя эти значения, получаем:

2·0,6·0,93·1·0,7·1=0,78

Определяем гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, предварительно оценивая длительность цикла фильтрования 900с.


Принимаем: · ; ;

;

Подставляя полученные значения, получаем:

=

620+2040=2660 Па

Поскольку гидравлическое сопротивление велико, уменьшаем продолжительность цикла фильтрования τ до 600 с, тогда

Определяем количество регенераций в течение 1 ч. :

Вычисляем объем газа, расходуемого на обратную продувку, условно принимая, что скорость газа при обратной продувке такая же, как и при фильтровании:

Предварительно определяем фильтровальную площадь:

Для заданных условий принимаем в качестве аппаратов два десятисекционных фильтра типа ФРО-5000.

Определяем площадь фильтрования, выключаемую на время регенерации:


Уточним объем газа, расходуемого на обратную продувку в течении 1 ч:

Окончательно определяем необходимую площадь фильтрования при условии использования 20 секций (два аппарата ФРО-5000)

Проводим сопоставление времени цикла фильтрования с временем, затрачиваемым на регенерацию секций. При условии постоянной регенерации одной из секций.

В действительности 600<(20-1)·40

Следовательно, возможна одновременная регенерация 2-х секций.

Определим удельную нагрузку в фильтре в этом случае по выражению:

Удельная газовая нагрузка в пределах расчетной (0,78 ) обеспечивает надежную эксплуатацию аппарата.


Расчет систем вентиляции

При выборе оборудования для системы вентиляции необходимо рассчитать следующие параметры:

Производительность по воздуху;

Мощность калорифера;

Рабочее давление, создаваемое вентилятором;

Скорость потока воздуха и площадь сечения воздуховодов;

Допустимый уровень шума.

Производительность по воздуху

Проектирование системы вентиляции начинается с расчета требуемой производительности по воздуху , измеряемого в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь. Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении.

Например, для помещения площадью 50 квадратных метров с высотой потолков 3 метра (объем 150 кубометров) двукратный воздухообмен соответствует 300 кубометров в час. Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами).

Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

Расчет воздухообмена по кратности:

L = n * S * H, где

L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

n — нормируемая кратность воздухообмена: n = 2,5;

S — площадь помещения, м2;

H — высота помещения, м;

Расчет воздухообмена по количеству людей:

L = N * Lнорм, где

L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

N — количество людей;

Lнорм — норма расхода воздуха на одного человека: — 60 м3/ч.

Рассчитав необходимый воздухообмен, выбираем вентилятор или приточную установку соответствующей производительности. При этом необходимо учитывать, что из-за сопротивления воздухопроводной сети происходит падение производительности вентилятора. Зависимость производительности от полного давления можно найти по вентиляционным характеристикам, которые приводятся в технических характеристиках оборудования. Для справки: участок воздуховода длиной 15 метров с одной вентиляционной решеткой создает падение давления около 100 Па.

Типичные значения производительности систем вентиляции: — от 1000 до 10000 м3/ч.

Мощность калорифера

Калорифер используется в приточной системе вентиляции для подогрева наружного воздуха в холодное время года. Мощность калорифера рассчитывается исходя из производительности системы вентиляции, требуемой температурой воздуха на выходе системы и минимальной температурой наружного воздуха. Два последних параметра определяются СНиП.

Температура воздуха, поступающего в помещение, должна быть не ниже +18°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от климатической зоной (рассчитывается как средняя температура самой холодной пятидневки самого холодного месяца в 13 часов). Таким образом, при включении калорифера на полную мощность он должен нагревать поток воздуха на 44°С.

При расчете мощности калорифера необходимо учитывать следующие ограничения:

Возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания. При мощности калорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение, но в любом случае 3-х фазное питание предпочтительней, так как рабочий ток в этом случае меньше.

Максимально допустимый ток потребления. Ток, потребляемый калорифером, можно найти по формуле:

I = P / U, где

I — максимальный потребляемый ток, А;

Р — мощность калорифера, Вт;

U — напряжение питание:

220 В — для однофазного питания;

660 В (3 Ч 220В) — для трехфазного питания.

В случае если допустимая нагрузка электрической сети меньше чем требуемая, можно установить калорифер меньшей мощности. Температуру, на которую калорифер сможет нагреть приточный воздух, можно рассчитать по формуле:

ΔT = 2,98 * P / L, где

ΔT — разность температур воздуха на входе и выходе системы приточной вентиляции,°С;

Р — мощность калорифера, Вт;

L — производительность вентиляции, м3/ч.

Если использовать электрический калорифер с расчетной мощностью не представляется возможным, следует установить калорифер, использующий в качестве источника тепла воду из системы центрального или автономного отопления (водяной калорифер).


Рабочее давление, скорость потока воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума

После расчета производительности по воздуху и мощности калорифера приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов, фасонных изделий (переходников, разветвителей, поворотов) и распределителей воздуха (решеток или диффузоров).

Расчет воздухораспределительной сети начинают с составления схемы воздуховодов. Далее по этой схеме рассчитывают три взаимосвязанных параметра — рабочее давление, создаваемое вентилятором, скорость потока воздуха и уровень шума.

Требуемое рабочее давление определяется техническими характеристиками вентилятора и рассчитывается исходя из диаметра и типа воздуховодов, числа поворотов и переходов с одного диаметра на другой, типа распределителей воздуха. Чем длиннее трасса и чем больше на ней поворотов и переходов, тем больше должно быть давление, создаваемое вентилятором. От диаметра воздуховодов зависит скорость потока воздуха. Обычно эту скорость ограничивают значением от 2,5 до 4 м/с. При больших скоростях возрастают потери давления и увеличивается уровень шума. В тоже время, использовать «тихие» воздуховоды большого диаметра не всегда возможно, поскольку их трудно разместить в межпотолочном пространстве. Поэтому при проектировании вентиляции часто приходится искать компромисс между уровнем шума, требуемой производительностью вентилятора и диаметром воздуховодов. Для бытовых систем приточной вентиляции обычно используются гибкие воздуховоды сечением 160—250 мм и распределительные решетки размером 200Ч200 мм — 200Ч300 мм.


Заключение.


В заключении подводим итог данной работы. Следует отметить важные пункты проведенного анализа табачного производства.

Табачная пыль обладает малой плотностью и значительной парусностью, что способствует ее распространению даже незначительным током воздуха. Вредность пыли зависит от ее токсичности, размера частиц и концентрации в воздухе рабочей зоны.

Табачная пыль многокомпонентна. Она состоит из органической части (измельченные части растения) и минеральной (элементы почвы, попавшие на табак при его выращивании и первичной обработке).

В производственных помещениях табачных фабрик необходимо поддерживать определенную влажность, а также температуру и подвижность воздуха, наиболее благоприятные для переработки табачного сырья и изготовления табачных изделий, соответствующих стандартам.

Параметры воздушной среды, оптимальные для технологического процесса, не должны выходить за пределы, допускаемые санитарными нормами.

Схема организации воздухообмена разрабатывается с учетом од­новременного проведения технологических мероприятий, позволяю­щих ликвидировать или по крайней мере уменьшить выделение вред­ностей в воздух производственных помещений.

Основную роль в уменьшении запыленности воздуха в производ­ственных помещениях играет местная вентиляция. В по­мещениях, оборудованных общеобменной вентиляцией, но лишенных местных отсосов от источников интенсивного пылевыделения, запы­ленность воздуха значительна, несмотря на многократный воздухооб­мен в помещении. Приточные системы вентиляции обычно выполняют также функ­ции воздушного отопления.

Общеобменная вентиляция осуществляет ассимиляцию и удаление из помещений избыточной теплоты, влаги, паров и частично пыли.

Основная часть пыли, выделяющейся при технологических про­цессах, должна удаляться местными отсосами. Это требование обыч­но достаточно полно осуществляется в табачном и сигаретном цехах.

Удаление воздуха, насыщенного табачной пылью, производится с помощью местных отсосов непосредственно от оборудования, где выделяется пыль. В помещениях, где по технологическим причинам нет местных отсосов, например в папиросном цехе, удаление воздуха общеобменной вытяжной вентиляцией должно производиться из ра­бочей зоны, где концентрация пыли выше, чем в верхней зоне.

Мероприятия по снижению выделений пыли и других вредностей должны проводиться комплексно: необходимо совершенствование технологии, вентиляции и кондиционирования, очистки воздуха.

На табачных фабриках очистке от табачной пыли подвергается воздух следующих систем: пневмотранспорта листового и резаного табака; поступающий от местных отсосов, установленных у технологического оборудования; наружный приточный и рециркуляционный воздух систем кондиционирования.

При выборе оборудования для очистки выбросов от табачной пыли нужно учитывать особенности данной пыли: гидрофильность, малую плотность, значительную парусность, многокомпонентность и др. В настоящее время для очистки выбросов от табачной пыли применя­ют два вида пылеулавливающего оборудования — циклоны и рукав­ные фильтры.

Циклоны даже самых совершенных конструкций нецелесообраз­но применять в качестве единственной ступени очистки в связи с тем, что они не обеспечивают эффективное улавливание тонких фракций пыли. В то же время вполне рационально применять циклоны на первой ступени очистки, до рукавных фильтров.

Улучшение очистки воздуха в рукавных фильтрах может быть достигнуто при примене­нии фильтровальной ткани из синтетических материалов

Циклоны являются одними из простейших пылеулавливающих устройств.

Осаждение пыли в циклонах происходит под действием центробежной силы.

Запыленный газ по воздуховоду подается в цилиндрическую часть циклона где за счет тангенциального ввода приобретает вихревое движение. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам циклона и ссыпаются по конической его части к разгрузочному отверстию. Обеспыленный воздух отводится из циклона через верхний патрубок.


Список литературы:


Швыдкий В.С. Очистка газов, справочное издание. – М.: Машиностроение, 2001, 501 с

Штокман Е.А. Очистка воздуха.-М.: Изд. АСВ. 1999.

Чупалов В.С. Основы оценки эффективности воздушных фильтров.-СПб: АВОК Северо-Запад «Инженерные системы » 2007 год.

Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды. – М.: Химия, 1989г.

Панин В.Ф. Экология для инженера. – М.: Изд. Дом «Ноосфера», 2001г.

Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки.- Пенза: Изд. ПГУ, 2006г.