Пылеулавливающие аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В наше время промышленное загрязнение окружающей среды напрямую связано с развитием и ростом химического производства. Катастрофическими темпами происходит загрязнение промышленными отходами.

Источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1.Работу тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

2. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

3. Производственная деятельность.

4. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

5. Выбросы предприятиями различных газов.

6. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.

7. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

8. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

Загрязнение химическими веществами озонного слоя Земли и его разрушение происходит в результате сжигания промышленных и бытовых отходов, отопления жилых помещений, транспортных выхлопных газов, промышленного сжигания топлива.

Проблемы химической промышленности заключаются в невозможности эффективно контролировать выброс в атмосферу загрязняющих веществ. Существуют нормы, определяющие предельно допустимую концентрацию (ПДК) воздуха для нормальной жизнедеятельности человека. Но до настоящего времени снижение выбросов многих вредных веществ остается практически нерешенной проблемой. Как правило, эта проблема затрагивает города, где сосредоточены промышленные предприятия различных отраслей, а также растущие населенные пункты.

Последствия загрязнения атмосферы очевидны: образование озоновых дыр, возникновение парникового эффекта, рост процента тяжелых заболеваний, спровоцированных выбросами. Среди них раковые опухоли, всевозможные аллергии, астматический синдром, нарушение сердечнососудистой деятельности, общее понижение иммунитета.

1.Описательная часть

1.1Сущность и назначение процесса разделения неоднородных систем

Процессы, связанные с разделением неоднородных систем, играют большую роль в химической технологии при подготовке сырья и очистке готовых продуктов, при очистке сточных вод и отходящих газов, а также при выделении из них ценных компонентов.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование и мокрую очистку газов.

Осаждение -- процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

Фильтрование -- процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием.

Мокрая очистка газов -- процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

Разделение неоднородных систем происходит под действием силы тяжести, если система составлена из компонентов, плотность которых существенно различна, то это - разделение грубых суспензий, промышленных пылей.

Для разделения тонких суспензий и мутей, содержащих мелкие частицы, а также эмульсий применяют центробежную силу.

Неоднородными, или гетерогенными, называют системы, состоящие по меньшей мере из двух фаз. При этом одна из фаз является сплошной, а другая - дисперсной, распределенной в первой в раздробленном состоянии: в виде капель, пузырей, мелких твердых частиц и т. д. Сплошную фазу часто называют дисперсионной средой. В зависимости от физического состояния фаз различают следующие бинарные гетерогенные системы: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензия - система, состоящая из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц суспензии условно подразделяют на грубые (с частицами размером более 100 мкм), тонкие (содержащие частицы размером 0,1-100 мкм) и коллоидные растворы (с частицами менее 0,1 мкм).

Эмульсия - система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворяющейся в первой.

Пыль - система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером более 5 мкм. В процессах химической технологии пыль образуется преимущественно при дроблении, смешивании и транспортировании твердых материалов.

Дым - система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размером менее 5 мкм; образуется при горении.

Туман - система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером менее 5 мкм.

Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы и носят общее название - Аэрозоли.

Неоднородные системы характеризуются концентрацией дисперсной фазы и размерами образующих ее частиц. Для эмульсий и пен при определенных концентрациях дисперсной фазы возможен ее переход в сплошную; при этом фаза, бывшая сплошной, становится дисперсной. Этот переход называют инверсией фаз. В большинстве случаев дисперсные системы содержат частицы, различающиеся по размеру. Такие системы называют полидисперсными. Они характеризуются фракционным, или дисперсным, составом, т. е. долей частиц определенного размера от общего содержания дисперсной фазы. Иногда встречаются системы, в которых все частицы близки по размерам. Их называют монодисперсными. Большинство дисперсных систем неустойчиво, т. е. имеет тенденцию к укрупнению частиц. Укрупнение капель или пузырей путем их слияния называют коалесценцией, а укрупнение твердых частиц вследствие их слипания - коагуляцией.

1.2 Классификация и основные требования к аппаратам

Промышленные газообразные отходы, содержащие токсичные элементы в виде пыли или тумана, очищают в механических пылеуловителях (сухих и мокрых), фильтрах или электрофильтрах. Для тонких аэрозолей (древесная, табачная, мучная и угольная пыль) кроме механических пылеуловителей применяют адсорбционную очистку, или сжигание.

Промышленные газообразные отходы, содержащие токсичные элементы в виде паров и газовых примесей, очищают в специальных промывных камерах или адсорбционных очистителях с последующим дожиганием. Для обезвреживания этих же видов вредных выделений применяют конденсационную очистку, каталитическое дожигание и другие методы очистки.

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы:

· Пылеосадительные камеры и циклоны;

· Аппараты мокрой очистки газов;

· Пористые фильтры;

· Электрические фильтры.

Из инерционных аппаратов центробежного типа наибольшее распространение получили циклоны. В отечественной практике применяются различные циклоны. При очистке большого количества газов для достижения высокой степени улавливания пыли устанавливают группу циклонов относительно небольшого диаметра - так называемые батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий коллектор для подвода, отвода газов и общий бункер для сбора пыли.

Батарейные циклоны можно устанавливать только в тех случаях, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и не смачивается. В противном случае элементы циклона забиваются, и работа его затрудняется.

Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

Отдельные виды таких аппаратов, например, турбулентные газопромыватели, могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм. По степени очистки они могут быть не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры нельзя применять из-за высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами улавливаются паро- и газ компоненты.

К недостаткам мокрой очистки можно отнести необходимость обработки образующихся сточных вод и защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред, а также повышенный брызгоунос. Однако, несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности и в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов.

Циклон - воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки - инерционный (с использованием центробежной силы), а также гравитационный.

Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности.

Можно утверждать, что циклоны являются наиболее распространенным видом пылеулавливающего оборудования. Их широкое распространение в значительной мере объясняется тем, что они имеют многие преимущества - простота устройства, надежность в эксплуатации при сравнительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах. Надежность циклонов обусловлена, в частности, тем, что в их конструкции нет сложного механического оборудования. Капитальные и эксплуатационные затраты на пылеулавливающие установки, оборудованные циклонами, значительно меньше соответствующих расходов для установок с рукавными фильтрами, а тем более электрофильтрами.

Циклоны делятся на циклоны большой производительности и циклоны высокой эффективности. Первые имеют обычно большой диаметр и обеспечивают очистку значительных количеств воздуха. Вторые - сравнительно небольшого диаметра (до 500 - 600 мм). Очень часто применяют групповую установку этих циклонов, соединенных параллельно по воздуху.

Циклоны, как правило, используют для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Принято считать, что они обладают сравнительно небольшой фракционной эффективностью в области фракций пыли размером до 5 - 10 мкм, что является основным их недостатком. Однако циклоны, особенно циклоны высокой эффективности, улавливают не такую уж малую часть пыли размером до 10 мкм - до 80 и более процентов. В современных высокоэффективных циклонах, в конструкции которых учтены особенности улавливаемой пыли, удалось существенно повысить общую и фракционную эффективность очистки.

Отмеченный выше недостаток обусловлен особенностями работы циклонов, в частности, турбулизацией потока запыленного воздуха, которая препятствует сепарации пыли. Разработано и применяется в технике обеспыливая большое число различных типов циклонов, которые отличаются друг от друга формой, соотношением размеров элементов и т. д.

Корпус циклона состоит из цилиндрической и конической частей .По форме циклоны разделяются на цилиндрические (Hц > Hк) и конические (Hк > Hц), Hц и Hк соответственно высота цилиндрической и конической части циклона. Коническая часть аппарата выполняется в виде прямого конуса, обратного конуса или может состоять из двух конусов - прямого и обратного.

Строение конической части определяет особенности движения пылевоздушного потока в этой части циклона и оказывает существенное влияние на процесс сепарации, а также коагуляцию некоторых видов пыли в аппарате, на устойчивость его работы при улавливании данных видов пыли.

Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок, очищенный - удаляется через выхлопную трубу. В зависимости от способа подведения воздуха к циклону различают циклоны с тангенциальным и спиральным подводом воздуха. При прочных равных условиях циклоны со спиральным подводом обладают более высокой эффективностью очистки. Поток запыленного воздуха входит в корпус циклона обычно со скоростью 12 - 14 м/с.

Применяют циклоны правые (вращение потока запыленного воздуха по часовой стрелке, если смотреть сверху) и левые (вращение против часовой стрелки).Ниже рассматриваются теоретические основы циклонного процесса и наиболее распространенные и характерные виды циклонных аппаратов. Запыленный воздух, войдя в корпус, движется по спирали вниз вдоль стенок корпуса.

Крупные пылевые частицы (более 100 мкм) под действием центробежных сил движутся у стенок корпуса, а мелкие частицы (менее 10 мкм) - на некотором расстоянии от стенок. Достигнув уровня прорезей в стенках корпуса, крупные пылевые частицы с частью воздуха удаляются из корпуса через отверстия в пылесборник. Здесь происходит сепарация частиц, и они через патрубок удаляются.

Мелкие пылевые частицы продолжают движение в составе воздушного потока в корпусе циклона, а затем в пылесборнике. Мелкие частицы совместно с крупными покидают аппарат через пылевыпускной патрубок. Воздушный поток через выхлопную трубу выходит из аппарата.

Сферический циклон был испытан в производственных условиях на пыли древесной, цементной, известковой, угольной, песка, щебня, золы и шлака, горелой формовочной смеси. Эффективность очистки находилась в пределах 98 - 99 % (для частиц 10 - 50 мкм).Повышение эффективности очистки, особенно в области мелких фракций, достигается благодаря более равномерной подаче, распределению и закручиванию пылевоздушного потока (наличие нескольких входных патрубков).

Сферическая форма корпуса и пылесборника способствует интенсификации процесса коагуляции частиц.

1.3 Батарейные циклоны

Практическое решение задач наилучшего распределения газов, уноса, отвода уловленной пыли и т. д. при необходимости установки большого числа циклонов привело к созданию батарейного циклона. Последние представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого числа параллельно включенных циклонных элементов, которые заключены в один корпус, и имеющий подвод и отвод газов, а также сборный бункер.

Батарейные циклоны в отличие от обычных циклонов сообщение газовому потоку вращательного движения, необходимого для выделения пыли, в элементах батарейного циклона достигается не подводом к ним газов по касательной установкой в каждом элементе направляющего аппарата в виде винта или розетки. В результате размера батарейного циклона (в плане) меньше размеров обычных циклонов одинаковой производительности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.Батарейный циклон

1-корпус;2-входной патрубок;3-распорядительная камера;4-кольцевые зазоры;5-направляющие аппараты;6-выхлопные трубы;7-пылеотводящие отверстия;8-сборный бункер.

Батарейные циклоны состоят из корпуса, выхлопной трубы н направляющего аппарата. Газ из распределительной камеры поступает в элементы по оси. Лопатки направляющего аппарата сообщают газу вращательное движение, и он направляется по нисходящей в сторону отверстия для спуска пыли. Частицы пыли приобретают центробежное ускорение и перемещаются к периферии вращающегося потока. В результате до избрания пыли в верхних слоях газа, движущихся у стенок корпуса, возрастает, а в областях, расположенных ближе к оси снижается. Частицы пыли, сконцентрировавшиеся на внутренней поверхности корпуса, движутся вместе с вращающимся потоком и поступают в сборный бункер. При этом в бункер поступает также небольшая часть газов из нисходящего вихря, которая у нормально работающего элемента полностью всасывается через центральную часть отверстии для спуска пыли, давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа.

2.Прямоточные циклоны

Прямоточные циклоны, или вихревые газоочистители несмотря на небольшие размеры позволяют обрабатывать очень большие объемы газов. Однако вследствие высоких скоростей газового потока в прямоточных циклонах отмечается большое количество увлеченных частиц: завихрения, образующиеся у стенки, способствуют "отскоку" частиц обратно в основной газовый поток.

На практике этот эффект уменьшают путем разбрызгивания воды на входе запыленного газа в установку. Прямоточные циклоны с неподвижным импеллером вытяжной вентилятор обычно имеют на выходе очищенного воздуха, это делается для уменьшения эрозии лопастей вентилятора. Поэтому в пылеотделительной камере, расположенной за неподвижными лопастями, где в основном и отмечается перепад давления, создается пониженное давление по сравнению с газом, подходящим к импеллеру. Следовательно, необходимо предусмотреть дополнительный отсос в линии загрязненного газа (концентрированной пыли) для предотвращения обратного подсоса удаляемых частиц.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Прямоточный циклон с неподвижным импеллером.

1 - неподвижные лопасти; 2 - пылесборник.

Прямоточные циклоны по схеме действия очень просты. Отсутствие теплопередачи от окружающей среды к циклону, обусловленной охлаждением газа во время его адиабатического расширения в импеллере. Перепад давления происходит только в области лопастей свободного вихревого потока, справедливого для движения частицы в пылеотделительной камере, частицы покидают лопасти импеллера под углом, соответствующим углу наклона лопастей.

3. Цилидроконический гидроциклон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.Цилиндроконический гидроциклон

1,2-целиндрическая и коническая часть гидроциклона; 3- насадка; 4,5-входной и сливной патрубки;6 крышка ; I-периферийная зона; II-зона восходящего потока ; III-зона разрежения .

Для разделения суспензий и эмульсий используются гидроциклоны, представляет собой аппарат ,состоящий из цилиндрической с крышкой и конической части .

В цилиндрической части установлен входной патрубок, по которому разделяемая смесь тангенциально податься в гидроциклон. Для вывода осветленной жидкости (легкой фазы) служит сливной патрубок. В вершине конуса гидроциклона расположена насадка для вывода тяжелой фазы.

При тангенциальной подаче исходной смеси, образуется два основных вращающихся потока жидкости .В периферийной зоне I жидкости движется вниз к вершине конуса .При этом часть ее выходит через насадку, основное же количество изменяет направление движения и, образуя внутренний всходящий поток зона II, поднимается вверх , удаляясь из аппарата через сливной патрубок . При движении внешнего потока к вершине конуса из него выделяется часть жидкости, которая перемещаясь в радиальном направлении , вливается во внутренний восходящий поток .

Обычно напорные гидроциклоны работают со свободным истечением из сливного патрубка и насадки. поэтому во время работы через них подсасывается воздух , который вместе с газом , выделившимся из жидкости , образует вдоль оси зону разрежения III воздушный столб, существенно влияющую на проходное сечение разгрузочных отверстий .

Крупные тяжелые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклонов, по винтовой траектории перемещаются к насадкам , откуда и выгружаются

Мелкие легкие частицы концентрируются в восходящем потоке ,с которым выносятся через патрубок .

4.Рукавные фильтры

Рукавные фильтры - надежные и эффективные пылеулавливающие аппараты, предназначенные для сухой очистки промышленных газов. Рукавный фильтр представляет собой металлический корпус, разделенный перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов подвешенных на монтажных (опорных) решетках. Внизу рукавного фильтра находится бункер для сбора пыли, выгрузку пыли и герметичность обеспечивают шнек и шлюзовой питатель. Регенерация (очистка) рукавов фильтра происходит поочередно кратковременными импульсами сжатого воздуха. Управление регенерацией осуществляет контроллер, который задает частоту, и продолжительность импульсов по перепаду давления при помощи дифманометра.

Рукавные фильтры нашли широкое применение в различных отраслях промышленности: химической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, теплоэнергетической, нефтеперерабатывающей, черной и цветной металлургии, производстве строительных материалов, пищевой, текстильной и многих других.

Фильтрующим элементом рукавных фильтров является фильтровальные рукава, сшитые из фильтрующего материала, который подбирается в зависимости от условий эксплуатации и состава пыли.

Существующие фильтровальные материалы могут применяться:

· при повышенной влажности;

· в кислотно-щелочной среде;

· при высоких температурах;

· в условиях высокой абразивности газопылевого потока;

Рукавные фильтры применяются для очистки промышленных газов от пыли при концентрации до 60 г/м3. Однако при применении специальных устройств, понижающих входную концентрацию пыли, рукавным фильтрам по силам противостоять концентрации до 200г/м3. После рукавного фильтра очищенный воздух может содержать менее 10 мг/м3 пыли.

Рукавные фильтры чаще применяются при температуре очищаемого газа, в диапазоне температур 20-260°С, но так же существуют материалы, рассчитанные на работу при температуре до 350°С.

В зависимости от гранулометрического состава пыли и начальной запыленности степень очистки (КПД) может составлять 98-99,9% при объеме фильтруемого газа 0,4-1,6 м3/м2мин.

Регенерация (очистка от осевшей пыли) рукавов в процессе работы фильтра осуществляется автоматически путем их встряхивания, с помощью импульсов сжатого воздуха, что является преимуществом данных газоочистных аппаратов или же методом обратной продувки и вибрационным способом, что менее эффективно. Имеются мембранные клапаны, которые позволяют провести процесс регенерации при помощи усовершенствованной импульсной электронной системы регенерации рукавов. В настоящее время самым эффективным является автоматическая продувка рукавного фильтра импульсами сжатого воздуха.

Рисунок 4.Рукавной фильтр

5.Электорофильтры

В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд, и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока.

Рисунок 5.Электрофильтр

1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 - рама; 4 - высоковольтный изолятор; 5 - встряхивающее устройство; 6 - верхняя камера; 7 - сборник пыли.

Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; осаждаются на этих электродах; удаляется пыль, осевшая на электродах.

Зарядка частиц - первый основной шаг процесса электростатического осаждения. Большинство частиц, с которыми приходится иметь дело при промышленной газоочистке, сами по себе несут некоторый заряд, приобретенный в процессе их образования, однако эти заряды слишком малы, чтобы обеспечить эффективное осаждение. На практике зарядка частиц достигается пропусканием частиц через корону постоянного тока между электродами электрофильтра. Можно использовать и положительную и отрицательную корону, но для промышленной газоочистки предпочтительнее отрицательная корона из-за большей стабильности и возможности применения больших рабочих значений напряжения и тока, но при очистке воздуха используют только положительную корону, так как она дает меньше озона.

Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку, натянутую в трубке или между пластинами, второй - представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод

На коронирующие электроды подается постоянный ток высокого напряжения 30…60 кВ. Коронирующий электрод обычно имеет отрицательную полярность, осадительный электрод заземлен. Это объясняется тем, что корона при такой полярности более устойчива, подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных. Последнее обстоятельство связано с ускорением зарядки пылевых частиц.

После распределительных устройств обрабатываемые газы попадают в проходы, образованные коронирующими и осадительными электродами, называемые межэлектродными промежутками. Сходящие с поверхности коронируюших электродов электроны разгоняются в электрическом поле высокой напряженности и приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа. Сталкивающиеся с электронами молекулы газов ионизируются и начинают ускоренно двигаться в направлении электродов противоположного заряда, при соударении с которыми выбивают новые порции электронов. В результате между электродами появляется электрический ток, а при некоторой величине напряжения образуется коронный разряд, интенсифицирующий процесс ионизации газов. Взвешенные частицы, перемещаясь в зоне ионизации и сорбируя на своей поверхности ионы, приобретают в конечном итоге положительный или отрицательный заряд и начинают под влиянием электрических сил двигаться к электроду противоположного знака. Частицы сильно заряжаются на первых 100…200 мм пути и смещаются к заземленным осадительным электродам под воздействием интенсивного поля короны. Процесс в целом протекает очень быстро, на полное осаждение частиц требуется всего несколько секунд. По мере накопления частиц на электродах их стряхивают или смывают.

Конструкции циклонов разнообразны. Распространены циклоны конструкции НИИОГАЗа, они отличаются относительно небольшим гидравлическим сопротивлением, хорошо очищают газы, концентрация пыли в которых может достигать нескольких сот граммов на 1 м³. Циклоны конструкции НИИОГАЗа выпускают диаметром от 40 до 800 мм. Их можно устанавливать параллельно до шести аппаратов в блоке с общими пылесборниками и коллекторами для входа и выхода газов. Промышленное применение получили также циклоны конструкции ВТИ и ЦККБ.

Циклон НИИОГАЗ

Пылевоздушный поток, поступающий тангенциально в верхнюю часть циклона, закручивается, и при движении вниз по спирали между корпусом и центральной трубой пылевые частицы под действием центробежных сил отбрасываются к наружной стенке корпуса и сползают в нижнюю коническую часть циклона, откуда отводятся либо в пылевой бункер, либо в реверсивный пылевой шнек.

Выделение пыли происходит также при повороте воздушного потока в центральную отводную трубу. На последней в некоторых конструкциях устанавливаются направляющие лопатки, обеспечивающие плавный вход газов. Выходящий из циклона газ (транспортирующий агент) несет с собой не уловленную в циклоне наиболее мелкую пыль в количестве около 10--15%. Под циклоном устанавливают два последовательно расположенных клапана-мигалки.



Рисунок 6.Циклон НИИОГАЗ

1 -- подводящий патрубок; 2 -- корпус циклона; 3 -- нижняя коническая часть циклона; 4 -- внутренняя труба; 5 -- выходной патрубок; 6 -- подциклонный бункер.

Циклон ЦККБ

Рисунок 7.Циклон ЦККБ

1 -- входной патрубок; 2 -- корпус циклона; 3 -- нижняя коническая часть циклона; 4 -- внутренняя труба; 5 -- лопаточный вход; 6 -- выходной патрубок;7-клапан-мигалка.

Циклон НИИОГАЗ имеет меньший диаметр, чем циклон ЦККБ, но высота циклона НИИОГАЗ получается больше. Коэффициент сопротивления отнесенный к скорости, у циклона НИИОГАЗ равен 150, у циклона ЦККБ -- 390. Таким образом, гидравлическое сопротивление циклона НИИОГАЗ меньше, чем циклона ЦККБ. Коэффициент полезного действия циклона НИИОГАЗ равен 88-- 93% ,а у циклона ЦККБ -- 80--88%; при расчетах к. п. д. циклона НИИОГАЗ принимают равным - 90%, а к. п. д. циклона ЦККБ-85%.

Наибольшее распространение получил циклон НИИОГАЗ, имеющий при равных условиях меньший диаметр, меньшее сопротивление и больший по сравнению с циклоном ЦККБ.

Циклон ВТИ

Циклоны ВТИ представляют из себя вертикальные циклоны со стекающей по стенкам водяной пленкой. Процесс улавливания твердых частиц в циклонах ВТИ происходит при осаждении частиц на пленке жидкости, текущей по внутренним поверхностям аппарата - стенкам и пруткам, и на каплях жидкости, находящихся в объеме.

Циклон ВТИ состоит из цилиндра (1) с коническим дном (2) и подходящим по касательной к цилиндру патрубкам (3) для ввода газов. Внутри цилиндр выложен защитным, а в месте отвода пыли с водой (5) трубопровод, защищен свинцом.

Для улавливания пыли по стенкам и дну циклона создается пленка воды, выходящей из сопл (4) по касательной к внутренним стенкам. Газы входят со скоростью около 20 м/с и содержат пыль в количестве 15 - 30 г/м3; расход воды составляет or 0,1 до 0,6 кг/м3 очищаемого газа. Температура газов в циклоне снижается со 170 - 200 до 103 - 110°С, а температура воды повышается. Газовое сопротивление циклонов составляет 0,6- 1 кПа (60 - 100 кгс/м2), а степень очистки от 87 до 92%.



Рисунок 7.Циклон ВТИ

Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами:

· отсутствие движущихся частей;

· надежная работа при температуре до 400 °С без конструктивных изменений;

· пыль улавливается в сухом виде;

· возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами;

· возможность работы циклонов при высоких давлениях;

· стабильная величина гидравлического сопротивления;

· простота изготовления и возможность ремонта;

· повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

К недостаткам можно отнести:

· высокое гидравлическое сопротивление (1250-1500 Па);

· низкая эффективность при улавливании частиц меньше 5 мкм.

6. Описания технологического процесса, проходящего в циклоне типа НИИОГАЗ

Циклон НИИОГАЗ работает по следующей схеме:

Запыленный поток газа постуает в циклон через входной патрубок (1) расположенный в верхней части аппарата по касательной к цилиндрической части корпуса (4) циклона. В результате такого расположения входного патрубка газовый поток при входе в циклон приобретает вращательное движение и движется сверху вниз в кольцевом пространстве между внешней поверхностью выхлопной трубы (3) и внутренней поверхностью цилиндрической части циклона. В циклоне конструкции ЦН НИИОгаза для усиления вращательного движения газа сразу же за входным патрубком устроена вонтообразная крышка (2). Вместе с газом вращательное движение приобретают и содержащиеся в нем частицы пыли. При вращении частиц на них действует центробежная сила которая отбрасывает частицы к внутренней поверхности корпуса циклона. Газ вместе с пылью образует в циклоне нисходящий кольцевой вихрь (пунктирная линия).

Для увеличения скорости пыли перед попаданием ее в бункер за цилиндрической частью бункера делают коническую часть (5). Это необходимо для того чтобы пыль обладала большой силой инерции за счет которой она могла бы свободно отделяться от газа в бункере. Пройдя коническую часть (5) газ выходит через пылевыпускное отверстие (6) в бункер циклона (7) и выносит в нем пыль. В бункере поток газа теряет скорость вследствие чего из него выпадают частицы пыли. Поток освобожденного от пыли газа разворачивается и ввиду разрежения возникающего в центральной части корпуса циклона всасывается через пылевыпускное отверстие в выхлопную трубу (3) образуя внутренний вихрь (сплошная линия). По мере движения газа к выхлопной трубе к нему присоединяется отделившаяся от нисходящего вихря часть газа потерявшая скорость и освобожденная от пыли.

Очищенный от пыли газ выводится из аппарата либо через улитку (8) преобразующую винтообразное движение потока в прямолинейное либо непосредственно через патрубок (9) который располагают вертикально за выхлопной трубой (3). Внизу в бункере устанавливают пылевой затвор (10) через который пыль удаляется из аппарата. Ввиду того что бункер участвует в аэродинамике процесса очистки газа циклоны нельзя эксплуатировать без бункера.

Рисунок 8.Технологическая схема процесса циклона НИИОГАЗ

Сведения об обслуживании аппарата и правила техники безопасности

Аппараты сухого пылеулавливания должны эксплуатироваться в соответствии с правилами технической эксплуатации газоочистных и пылеулавливающих установок. Тепловая изоляция аппаратов сухого пылеулавливания должна соответствовать проекту и содержаться в исправном состоянии. Разгрузочные камеры, провальная часть труб-сушилок, загрузочная и разгрузочная части сушильных барабанов, а также пылеулавливающие аппараты сухой очистки газов для выгрузки пыли должны оборудоваться герметизирующими устройствами, препятствующими подсосам воздуха в сушильные тракты и проникновению взрывных газов в помещение. Аппараты сухого пылеулавливания на период режимных испытаний должны оснащаться удобными рабочими площадками с надлежащим освещением и подводом напряжения 220 В для производства инструментальных замеров при режимных испытаниях сушильных установок. Места стыковки аппаратов сухого пылеулавливания с газоходами не должны иметь тупиков и мертвых зон, где возможно отложение пыли. Не допускается установка шиберов и дросселей на входных и выходных патрубках и газоходах аппаратов сухого пылеулавливания. Профилактический ремонт и очистка аппаратов сухого пылеулавливания должны проводиться при обеспечении естественной вентиляции внутреннего объема аппарата сухого пылеулавливания (открытие люков и временный съем диафрагм предохранительных клапанов). Работой циклонных аппаратов должно быть организованно постоянное наблюдение. Для надежности работы циклонных аппаратов температура газов должна быть выше точки росы на 20 - 25^°С при негигроскопичной пыли и газах с большой влажностью. При выборе допускаемой запыленности газов рекомендуется учитывать склонность прилипания пыли к стенкам циклона, зависящую от физико-химических свойств, дисперсного состава пыли, влажности газов, материала и состояния поверхности стенок. В качестве общего правила следует иметь в виду, что чем тоньше пыль, тем легче она прилипает. Пыли у которых 60 - 70% частиц имеют диаметр меньше 10 мкм ведут себя как липкие хотя те же пыли крупнее 10 мкм обладают хорошей сыпучестью. Для облегчения надежной работы циклонов при очистке газов от средне слипающихся пылей допустимая запыленность газов должна быть уменьшена в 4 раза, а для сильно слипающихся в 8 - 10 раз. Длительная надежная работа в значительной степени зависит от интенсивного абразивного износа. При улавливании крупной абразивной пыли, концентрация ее должна снижаться в 2 - 3 раза против допустимого, для чего следует производить предварительную очистку газом от наиболее крупных частиц пыли в отстойнике, коллектора, разгрузителя и других простейших пыли уловителях. Уменьшению степени абразивного износа также способствует снижение скоростей газового потока на входе в циклон, хотя в последнем случае будет иметь место и некоторое уменьшение эффективности очистки. При улавливании абразивной пыли толщина стенок должна увеличиваться в 2 раза или стенки циклона должна иметь покрытия из резины, каменного литья или других износоустойчивых материалов. На эффективность работы существенное влияние оказывает режим работы аппарата. Для обеспечения наиболее высоких показателей в расходе газов не должно превышать 10 - 12%.После окончания монтажа и испытания аппарата на гидравлическое сопротивление и коэффициент очистки должен быть составлен паспорт. В паспорте указываются все основные технические характеристики аппарата, время установки и пуска, эксплуатационные качества и результаты испытания. К паспорту прилагаются установочные чертежи. Если в процессе монтажа и изготовления были внесены какие-либо изменения, они должны быть внесены в паспорт. При эксплуатации циклоны должны подвергаться систематическим техническим осмотрам. Два раза в год, приурочивая к остановке основного оборудования, производят детальный внутренний и наружный осмотр циклонов. Если в работе циклонов не обнаруживается неисправностей, полный технический осмотр может производиться и более редко. В процессе технических проверяется состояние теплоизоляции, наличие отложений пыли во входном патрубке, на стенках корпуса, в конусной части и бункере. Производится осмотр, ремонт наладка затворов, средств, транспортирующих уловленную пыль, люков и взрывных клапанов, сигнализаторов уровня пыли, замена изношенных деталей, ремонт теплоизоляций и заварка не плотностей. О ремонте помечают в паспорте.

Пуск установки

Пуск производится после тщательного осмотра, в процессе которого проверяется отсутствие посторонних предметов в подводящем коллекторе, бункере, чистота внутренних поверхностей, надежность работы пылевых затворов, герметичность люка. Как правило перед пуском имеющееся в бункере пыль должна быть выпущена. После осмотра и устранения обнаруженных неисправностей аппарат может быть включен в работу по распоряжению начальника основного агрегата.

Обслуживание работающей установки

Количество газов, поступающих в установку, должно находиться в пределах, предусмотренных для данного аппарата. При уменьшении количества газов снижается скорость их движения в циклонах, что приводит к снижению коэффициента. При значительном увеличении количества газов возрастает гидравлическое сопротивление установки, При этом в некоторых случаях коэффициент очистки может уменьшиться. В рабочей установке гидравлическое сопротивление измеряется постоянно включенным манометром и не должно отклоняться более чем на 25 - 30 % от номинала. Уменьшение гидравлического сопротивления с одновременным ухудшением очистки газов происходит либо вследствие уменьшения расхода газов, либо из-за того, что частично газы, минуя циклоны, уходят через не плотности в шиберах или фланцевых соединениях. Увеличение гидравлического сопротивления установки с одновременным ухудшением очистки газов является результатом увеличения расхода газов или указывает на большое скопление пыли в бункере. Для контроля за уровнем пыли циклонные установки снабжаются сигнализаторами уровня, при этом датчик верхнего уровня должен быть установлен выше высоты бункера. Путем легкого отстукивания, по звуку, проверяют, не разбита ли течка после пыле выгрузных устройств. Пылевые затворы и средства транспорта условленной пыли должны действовать безотказно. Подсосы воздуха через пылевые затворы недопустимы, так как при работе аппарата под разрежением происходит резкое снижение коэффициента очистки. Подсос воздуха в циклоне может быть обнаружен путем определения содержания какого-либо газа или другими средствами до и после циклонной установи. Кроме не герметичности пыле затворов присосы могут быть вызваны не плотностями в корпусе, фланцевых соединениях, в прокладках люка. В процессе эксплуатации установки следует постоянно наблюдать за температурой газов на входе и выходе из циклонов. В циклонных аппаратах не должно происходить конденсации паров воды. Температура стенок циклонов и бункера должна быть выше точки росы очищаемых газов. Особенно опасно снижение температуры при улавливании пыли, имеющих повышенное содержание СаО или других компонентов, вызывающих слипание пыли при наличии влаги и забивании течек. Кроме того, конденсация водяных паров приводит к коррозии внутренней поверхности стенок циклонов, бункеров и газопроводов. Наличие слоя пыли на стенках усугубляет процесс коррозии металла. Таким образом, меры по предотвращению коррозии стенок циклонов сводятся прежде всего к содержанию в исправном состоянии наружной теплоизоляции, недопущению процессов, вызывающих снижение температуры газов до точки росы. По температуре выходящих из циклонной установки газов можно судить о возгорании пыли в аппарате. Возгорание может иметь место при попадании в бункер большого количества сажи, несгоревших частиц торфа или угля. Во время работы необходимо не менее трех раз в смену производить осмотр установки и контролировать показания расходометров, термометров. Манометров, а также работу пыле выгрузных устройств. Результат наблюдения регистрировать в журнале.

Выключение циклонной установки

Выключение циклонной установки происходит путем перекрытия газохода шиберной заслонкой или отключением вентилятора, обеспечивающего транспортирование газов. Пыле выгрузочные устройства, работающие непрерывно, должны отключаться через 5 - 10 мин. После выключения циклонной установки. Пыле выгрузные устройства, работающие периодически, должны быть открыты, и необходимо принять меры для полного опорожнения бункера так как оставшаяся пыль теряет сыпучесть и может образовать пробку в пыле выпускном отверстии бункера.

В данной части своей курсовой работы указаны источники загрязняющие окружающую среду, а также последствия после их влияния на неё. Также описан процесс разделения неоднородных систем и его методы. Приведены сведения об обслуживании аппарата и правила техники безопасности. Провидена классификация аппаратов и по сравнительной характеристике был выбран циклон типа НИИОГАЗ для дальнейших расчётов.

7.Расчетная часть

Принимаем, что скорость входа воздуха в циклон будет равна

Выбираю для расчёта циклон НИИОГАЗ

1) Площадь сечения входного патрубка

(1)

где V_сек.- действительный секундный объем, поступающий в циклон

-скорость газа в входном патрубке

h-высота

h=3,14*b тогда ,

(2)

выражаем из формулы

(3)

тогда откуда,

(4)

где V_сек.- действительный секундный объем, поступающий в циклон

-скорость газа в входном патрубке

- площадь сечения

Находим ориентировочное значение диаметра циклона

D=4.75*b (5)

Подставляем данные в эту формулу

D=4.75*0.403=1.9 м

2) Принимаем окружную скорость газа.

(6)

где D- ориентировочный диаметр циклона

Фр- фактор раздела

- диаметр раздела

3) Найдем скорость осаждения частиц

(7)

где d-наименьший диаметр улавливаемых частиц

-плотность мелких

-плотность воздуха при данной температуре

Фр- фактор разделения

V-кинетическая вязкость

Проверим данную формулу на правильность применения по числу Рейнольца

(8)

где -кинетическая вязкость

скорость осаждаемых частиц

d-наименьший диаметр улавливаемых частиц

<0.2

Следовательно формула применена правильно

4) Найдем внутренней диаметр выхлопной трубы.

(9)

где dт- внутренний диаметр

V_сек. -действительный секундный объем

скорость воздуха в выхлопной трубе

5) Находим наружный диаметр циклона

D=dт+2 (10)

где -толщена стенки трубы она ровна 0,005

dт - внутренний диаметр

D=0,4+2*0,005=0,41 м

Сравнивая с вычисленным диаметром D=0,46 находим диаметр циклона

6) Находим диаметр циклона

(11)

где D-диаметр

скорость газа

скорость осаждение твердых частиц

7) Находим высоту цилиндра

А) Находим цилиндрическую часть

(12)

Где h-высота

Б) Находим коническую часть

(13)

Где h-высота

8) Находим гидравлическое сопротивление

 (14)

Где скорость воздуха

коэффициент сопротивляемости он равен 7

По заданным данным был рассчитан диаметр циклона равный 0,4м. Найдена коническая часть и цилиндрическая часть циклона, которые равны 3,8 и 3,06. Также был найден фактор разделения равный 15,4 и скорость осаждения частиц равная 0,0118 м/с. Площадь сечения у циклона равна 2,7 м²,а скорость газа в циклоне 12 м/с. Гидравлическое сопротивление циклона равно 23,8 кгс/м².Внутрений и наружный диаметр выхлопной трубы равны 1,9 и 0,41 м.

Заключение

Произведенный анализ сравнения пылеулавливающих аппаратов показал, что циклоны составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности. По результатам выполненных расчётов была получена цилиндрическая часть циклона 3,06,а коническая часть циклона 3,8. Гидравлическое сопротивление рассчитываемого циклона НИИОГАЗА 23,8кг/ м².

Проведён анализ научно-технической литературы по процессам и аппаратом, интернет источников, и в ходе использования этой литературы были произведены следующие расчёты: скорость выхода воздуха в циклон, значения диаметра циклона, наружный диаметр выхлопной трубы, цилиндрическая и коническая часть циклона. Так же в ходе выполнения курсового проекта были рассмотрены основные виды пылеулавливающих аппаратов, было дано краткое их описание и принцип работы.

Список использованных источников

пылеуловитель аппарат циклон

1. Ф.А. Барбинов [Электронный ресурс] //процессы и аппараты. 1991. № 1. URL http://works.tarefer.ru/98/100246/index.html#_Toc9509484. (дата обращения: 24.04.2017)

2. Техника защиты окружающей среды. [ Электронный ресурс] - Родионов и др.-М.:Химия,1989 // Организация времени: [сайт]. http://www.химия.ru/zametki/uprborb/index.shtm. (дата обращения: 24.04.2017)

3.Центробежные пылеосадители [ Электронный ресурс]-файловый архив студентов.StydFiles http://www.studfiles.ru/preview/2030499/.(дата обращения: 24.04.2017)

4. Большая энциклопедия нефти и газа [ Электронный ресурс]- http://www.ngpedia.ru/pg112sa9d6l7j9y311l4V80023586796/.(дата обращения: 24.04.2017)

5.Центробежные пылиосадители [ Электронный ресурс]-Справочник химика 21.Химия и химическая технология http://chem21.info/page/081129126040149059087026093003219019243139164132/.(дата обращения: 24.04.2017)

Размещено на Allbest.ru

...