Технологические расчеты по курсу: «Очистка газов и сточных вод металлургических производств» (стр. 2 )

по этой же формуле можно найти наименьший размер частиц, которые успевают пройти путь за время прохождения циклона газовым потоком :

dmin = 9 μ (R22-R12) / π*ω*n*ρ ; 2.15

где - число оборотов, которые совершает газовый поток в циклоне ( обычно считают )

Исследования показывают, что с повышением скорости газового потока улучшается улавливание пыли. Однако при переходе некоторого предела, к. п.д. циклона начинает снижаться, что вызвано возникновением завихрений, срывающих уже осевшие частицы пыли. Наиболее эффективными считаются скорости входа газа в

циклон 20-25 м/с.

При рассмотрении работы циклонов следует учитывать их гидравлическое сопротивление прохождению газового потока по формуле :

ΔР = ξ *(ωвх2 *ρ / 2) ; Нм2 2.16

Где - скорость газа во входном патрубке, м/с.

- плотность газовой среды.

ξ – коэффициент гидравлического сопротивления.

Часто величину гидравлического сопротивления циклона определяют как функцию условной скорости газа, отнесенной к площади всего сечения цилиндра циклона:

ΔР = ξ * (ωусл.2 *ρ / 2) ; Нм2 2.17

Значения коэффициентов гидравлического сопротивления для некоторых типов при ведены в табл.2.1.

Таблица 2.1.

Типы циклонов (диаметр, мм)	Без улитки, ξ , Н/м2	С улиткой на выхлопной трубе, ξ
ЦН	250	210
ЦН	160	140
ЦН	80	90
СИОТ	-	-
ВЦНИИОТ (370)	-	-
ЛИОТ (700)	460	411
СДК-ЦН-33(45)	600	980
СКЦН	1270	1540

При установке циклонов в виде батареи коэффициент гидравлического сопротивления возрастает примерно на 10%.

Среди различных методов расчетов наиболее достоверным является меод обобщения и использования показателей, получаемых при испытаниях циклонов в промышленных условиях или на стендах ( пример расчета см. в приложении.).

2.4 Мокрое улавливание

Мокрое улавливание пыли в результате соприкосновения частиц пыли с жидкостью осуществляется несколькими способами:

а) газовый поток поступает в аппарат и промывается вводимой в него жидкостью или ударяется о ее поверхность. К данной группе пылеуловителей относятся скрубберы полы и с насадкой, скоростные турбулентные пылеуловители, скрубберы ударного действия и др.

б) в пылеуловителях со смоченными поверхностями жидкость орошает поверхность аппарата или находящиеся внутри него насадки, с которыми соприкасается запыленный газовый поток. По этому принципу работают мокрые циклоны и скрубберы с насадкой;

в) в барботажных и пенных аппаратах запыленный газовый поток вводится в жидкость и дробится на пузырьки, внутри которых заключены частицы пыли. При движении пузырьков через слой жидкости частицы подводятся к внешней влажной поверхности, смачиваются и вымываются из газового потока.

2.4.1. Скрубберы и их расчет

Мокрые пылеуловители этого типа представляют собой вертикальные полые или с насадкой башни, по которым проходит газовый поток и в которые тем или иным способом вводится жидкость. Скрубберы бывают цилиндрическими или квадратными.

Для образования большой поверхности соприкосновения жидкости и запыленных газов используют скрубберы с насадкой, в которых газы вводятся снизу и выводятся сверху, а выводя снизу (см. рис.3). В полых скрубберах газы вводятся сверху, а выводятся снизу. В этом случае достигается более равномерное распределение газов по сечению скруббера.

Жидкость

Газ

Газ

Жидкость

Насадка

Газ газ

Жидкость Жидкость

Рис.3. Схема скрубберов с насадкой (а) и полых (б)

В большинстве случаев скрубберы рассчитывают как аппараты для передачи тепла. Количество отнимаемого от газов тепла определяется по формуле:

Q= c V ( t1 – t2 ) ; ккал/час 2.18

Где с – объемная удельная теплоемкость газа, ккал/м3 0С

V- объем газов, м3/час

t1 , t2 - соответственно начальная и конечная температура газов, 0С

Если пренебречь потерей тепла через стенки скруббера, то это количество тепла расходуется на нагрев воды и ее испарение. При передаче тепла от газов к жидкости упругость паров над жидкостью возрастает, и жидкость испаряется интенсивно. Расчет полых скрубберов заключается в определении их объема по формуле :

Vc = ; м3 2.19

где – объемный коэффициент теплопередачи, ккал/м3 0С

- средняя разность температуры газа и жидкости в скруббере, 0С

Объемный коэффициент теплопередачи выбирают по опытным данным и обычно колеблется в пределах от 60 до 500 ккал/м3 0С, величина = 100-130 0С. для определения высоты и диаметра скруббера пользуются следующими формулами :

D = 0,0188 ; м H = ; м 2.20

где D, H – соответственно диаметр и высота скруббера,

скорость газового потока в скруббере (= 1 м/с)

– часовой расход газа, м3/ час

– объем скруббера, м3

= ; = H; 2.11

Обычно стремятся к соотношению, H/ D = 2/3.

Расчет скрубберов с насадкой заключается в определении поверхности насадки :

F = ; м2 2.22

Где К – коэффициент теплопередачи, ккал/м3 0С

Величину коэффициента теплопередачи можно определить по следуюшей упрощенной формуле :

К= 6.3 ; 2.23

Где средняя скорость газа в свободном сечении скруббера, м/с

Обычно средняя скорость газа в скруббере не превышает 1 м/с. примеры расчета скрубберов приведены в приложении.

2.4.2. Мокрые циклоны и турбулентные пылеуловители

В цветной металлургии наибольшее распространение получили мокрые прямоточные циклоны. Так циклон типа ЦС-ВТИ представляет собой вертикальный стальной цилиндр с коническим днищем. Изнутри корпус циклона футерован кислотоупорной керамической плиткой во избежание коррозии. Верхнюю часть корпуса соединяют со сборным газоходом очищенных газов, а конус с гидравлическим затвором. Входной патрубок приваривается к корпусу тангенциально к внутренней поверхности с уклоном 10 0 в сторону корпуса. Пыль, осевшая на стенках входного патрубка, смывается водой из сопел соединенных с кольцевой питающей трубой. Струя воды из сопел направлена в сторону вращения очищаемых газов тангенциально к внутренней поверхности корпуса без образования брызг. Вода с частицами пыли стекает по стенке корпуса вниз и удаляется через гидравлический затвор. Удельный расход воды для создания пленки жидкости на стенках циклона составляет 0.1-0.2 литра на 1м3 очищаемых газов. Гидравлическое сопротивление мокрого циклона рассчитывается по формуле :

ΔР = ξ ; Н/м2 2.24

Степень улавливания частиц размерами 15-20 мкм превышает 95% , а размерами 2-5 мкм примерно 90%.

Применению скоростных пылеуловителей способствует несложное и малогабаритное их исполнение, а также простота исполнения. Один из видов таких устройств приведён на рис. 4.

Рис. 4 Скоростной пылеуловитель с периферийной подачей воды

В приведённом устройстве вода, вводимая в поток запылённых газов, движущихся со скоростью 70-100 м/с и более дробиться на мелкие капли. Высокая степень турбулентности потока способствует дроблению жидкости и столкновениям частиц с каплями жидкости. Для разгона газового потока в газопровод встраивают конфузор, переходящий в горловину, где газы движутся с наибольшей скоростью. Затем газы в диффузоре расширяются и их скорость снижается. Конфузор, горловина и диффузор образуют турбулентный распылитель. Распылители обычно устанавливают вертикально с движением газов сверху вниз, что удобнее в эксплуатации. Укрупнение частиц пыли в результате коагуляции с каплями воды осуществляется под воздействием сил инерции движения частиц, теплового движения, турбулентной и поляризационной диффузии, электростатических сил. На коагуляцию частиц оказывает влияние и конденсация на них водяных паров. Для определения среднего диаметра капли, при распылении воды газовым потоком может быть предложена следующая эмпирическая формула:

мкм 2.25

где - скорость газов в горловине, м/с

g – Расход воды на 1 газа,

Из формулы следует, что размер капли уменьшается с увеличением скорости газа и повышением расхода воды. Исследования показывают, что частицы размерами более 1 мкм осаждаются под действием сил инерции и турбулентной коагуляции, а размерами 0,1 мкм и менее, коагулируют под воздействием броноуновского движения. При улавливании возгонов цветных металлов и их соединений величину гидравлического сопротивления принимают не ниже 4,4-4,9 кн./ при скорости газов в горловине распылим/с и удельном расходе воды около 0,7л/.

В барботажных и пенных пылеуловителях газ в виде пузырьков проходят через слой жидкости толщиной 50-100 и более. При небольших скоростях газов средний размер образующихся пузырьков равен 3-7 мм. Скорость свободного всплывания пузырьков в жидкости составляет 0,25-0,35 м/с. С увеличением скорости газов в барботере образуются три зоны распределения жидкости. Зона барботара – представляет собой слой жидкости, через который проходят пузырьки газов, и располагается в нижней зоне барботера. Над ней находиться зона пены, а выше зона брызг. В слое пены с высокоразвитой поверхностью контакта между жидкостью и газом поглощение пыли и химических газообразных примесей проходит значительно интенсивнее, чем в зоне барботата. Подобные барботеры называются пенными пылеуловителями (см. рис. 5) и газы. В них проходят через слой жидкости подаваемой на решётку. Скорость газов в отверстиях решётки диаметром 4-7 мм принимают равной 6-13 м/с. Отверстия решётки расположены одна от другой на расстоянии 10-15 мм. Свободное сечение решётки, в зависимости от назначения и режима работы аппарата, составляет 10-40% от площади сечения.

Скорость газов в сечении аппарата поддерживают в пределах 1-3,5 м/с и с этой же скоростью газы проходят через слой пены. Однако, при скорости 3,5 м/с резко возрастает унос брызг. Поэтому оптимальной считается скорость 2-2,5 м/с.

Рис.5. Принципиальная схема однополонного пенного аппарата

1-корпус; 2- патрубок для выхода газа ; 3-решётка; 4- приёмная коробка; 5- бункер; 6- диффузор для ввода газа; 7- штуцер для стока жидкости (пульпы); 8-трубопровод для слива жидкости; 9- сливная коробка.

На решётке поддерживают слой жидкости высотой до 20-50 мм из которой получается пена высотой до 100-200мм. Степень улавливания пыли достигает максимума при высоте слоя пены в 100 мм. Улавливание пыли с малой скоростью движения газов осуществляется остаточно эффективно для частиц более 5 мкм

Механические адсорберы представляют собой горизонтальные камеры а дне которых имеется слой жидкости разбрызгиваемый лопастям (см. рис.6.) лопасти закрепляют так, чтобы их концы были несколько погружены в жидкость. В некоторых случаях камеру по длине разделяют вертикальными перегородками, не доходящими до уровня жидкости.

Рис 6. Схема механического адсорбера

Обычно ширина камеры составляет 0,7-1 м, а высота от уровня жидкости 2м. Глубина слоя жидкости порядка 200-300мм, диаметр лопастей 350 мм при глубине погружения 30-40 мм, скорость вращения лопастей 400-450 об/мин. Данное устройство нашло применение для улавливания HF и Si

2.4.3 Очистка газов фильтрацией через пористые материалы.

Достаточно широко в технике используется метод фильтрации газов через пористые материалы. В качестве таких материалов применяют ткани из волокнистых материалов. В производственных условиях при применение рукавных фильтров степень очистки возгонов достигает 99,9%. Расчёт фильтров заключается в определении площади фильтрации. Размер площади фильтрации зависит от количества фильтруемого газа с увеличением его объема в результате увлажнения и подсоса воздуха, ввода воздуха для обратной продувки и изменения объема газа при изменение температуры, а также гидравлического сопротивления фильтра. Скорость фильтрации выбирают по опытным данным или рассчитывают из формулы; задаваясь величиной гидравлического сопротивления ткани:

2.26.

где - вязкость газа, нс/м

-скорость газа, рассчитанная на всю площадь ткани (газовая нагрузка), м/с.

d – средний размер частиц пыли, м

m- пористость слоя пыли, доли