Определение минимального размера пыли, улавливаемого циклоном

Цель работы - определить минимальный размер частиц пыли, улавливаемых циклоном на 50 %, при заданных диаметре циклона и скорости движения газа и известном среднем диаметре частиц пыли, улавливаемых циклоном; оценить влияние диаметра циклона и скорости движения газа на минимальный размер частиц пыли, улавливаемых циклоном.

Общие сведения

Циклоны - это пылеуловители инерционного типа, т.е. такие, в которых пыль из воздушного потока выделяется действием центробежных сил, возникающих вследствие поворота направления движения потока воздуха.

Циклонный пылеулавливатель предназначен для механической очистки от твердых частиц выбросов силикатных, металлургических и других производств. Выделение пыли из газа происходит на стенках корпуса циклона, куда отбрасываются частицы под действием центробежных сил, возникающих в результате вращательного движения газового потока. Выделяющаяся пыль вдоль стенок циклона опускается в бункер и удаляется из аппарата через пылевой затвор. Центробежное ускорение в 100–1000 раз больше ускорения силы тяжести. Поэтому даже маленькие частицы отбрасываются из газового потока на стенки циклона. Достоинство – отсутствие подвижных частей. В циклонах эффективно можно улавливать частицы размером больше 5 мкм, но наиболее полно улавливается пыль, имеющая размеры частиц 15–20 мкм и выше. Известно, однако, что наибольшую экологическую опасность представляют частицы размером меньше 1 мкм.

Эффективность улавливания обозначается η. Она находится в зависимости от скорости газа и обратно пропорциональна диаметру циклона. Оптимальное отношение высоты к диаметру 2 ÷3.

Рисунок 1.1. – Схема циклона

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают D:=1…N – диаметр циклона, м, где N – номер варианта;

ω=N – скорость движения газа, м/с;

d=N – средний размер частиц пыли, улавливаемых на 50 %, мкм;

k=41.4 – коэффициент, учитывающий тип циклона;

μ= 22.2 · 10^–6 – вязкость газа, Па.c;

ρ=2150 – плотность пылевых частиц, кг/м³.

2.2. Минимальный размер частиц пыли рассчитывают по формуле

2.3. Построить график зависимость минимального размера частиц пыли, улавливаемых циклоном, от диаметра циклона при четырех различных скоростях движения газа.

2.4. Построить график зависимость минимального размера частиц пыли, улавливаемых циклоном, от скорости движения газа при четырех различных диаметрах циклона.

2.5. Расчет и построение графиков провести в программной среде MatLab (см. пункт 3 лабораторной работы № 1).

2.6. В выводах необходимо отметить значение минимального полученного размера частиц пыли, улавливаемых циклоном на 50 % и оценить влияние диаметра циклона и скорости потока на размер пылевых частиц,

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой циклон.

2. От чего зависит эффективность очистки воздуха в циклоне.

3. Достоинства и недостатки циклонов.

4. От каких параметров зависит минимальный размер пыли, улавливаемый циклоном.

5. Как влияет диаметр циклона и скорость потока на размер пылевых частиц.

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРАВИТАЦИОННОГО ОТСТОЙНИКА

Цель работы - определить площадь осаждения гравитационного отстойника, изучить зависимость изменения площади осаждения гравитационного отстойника от диаметра частиц.

Общие сведения

Для улавливания из сточных вод средне и мелко дисперсных примесей применяют отстойники периодического (контактные) и непрерывного (проточные) действия. Чаще используются последние. По направлению движения в сооружении подразделяются:

1. горизонтальные;

2. вертикальные;

3. радиальные.

В зависимости от назначения в технологической схеме очистных сооружений отстойники подразделяются на первичные и вторичные. Первичные отстойники служат для предварительного осветления сточных вод, а вторичные для осветления воды, прошедшей биохимическую и физико-химическую очистку. Выбор типа и числа отстойника при проектировании осуществляется на основе технико-экономических обоснований и сравнение их с учётом местных условий. Вертикальные целесообразно применять для производительности очистных сооружений до 20000 м³/сутки; горизонтальные меньше или равно 15000 м³/сутки; радиальные больше или равно 20000 м³/сутки.

Отстойник периодического действия представляет собой вертикальный сосуд круглого или прямоугольного сечения с конусным дном. Загруженная суспензия по истечении определенного отрезка времени разделяется на осветленную жидкость (верхний слой) и осадок с высокой концентрацией твердой фазы (нижний слой). После удаления осветленной жидкости (при помощи насоса или сифона) через нижний штуцер выгружают осадок, чему способствует конусное дно, и аппарат загружается снова.

Отстойник полунепрерывного действия для суспензий представляет собою длинный желоб прямоугольного сечения с торцевыми стенками разной высоты, причем передняя (справа) несколько ниже и служит порогом водослива. Суспензия поступает непрерывно до тех пор, пока не накопится определенный слой осадка, после чего ее подача прекращается для выгрузки осадка. В случае полидисперсного осадка по мере движения суспензии оседают все более мелкие частицы, так что наряду с осаждением твердых частиц происходит их частичная классификация.

Широко распространен отстойник непрерывного действия с гребками. Он состоит из цилиндрического сосуда с конусным дном, по оси которого расположен медленно вращающийся вал, несущий на нижнем конце лопасти с насаженными на них лопатками (гребками). Суспензия непрерывно поступает в центральную часть аппарата, сгущенный осадок с помощью гребков отводится через нижний штуцер, а осветленная жидкость удаляется сверху через кольцевой желоб. Для большей компактности рассматриваемый аппарат (его диаметр достигает 120 м) часто изготовляется многоярусным.

Рисунок 1.1 - Горизонтальный отстойник

а) разрез; б) план;

1- подводящий лоток; 2 -распределительный лоток; 3- полупогружные доски; 4- сборный лоток; 5- отводной лоток; 6 - лоток для сбора и удаления плавающих веществ; 7 - трубопровод для удаления осадка.

Рисунок 1.2 – Отстойник непрерывного действия

Порядок выполнения работы

2.1. В качестве исходных данных по заданию преподавателя принимают следующие данные: диаметр частиц d и плотность частицы r, G_н – массовый расход начальной суспензии (подаваемой в отстойник сточной воды), кг/с; с_н – массовая концентрация взвешенных частиц в сточной воде, кг/кг; с_сг – массовая концентрация взвешенных частиц в шламе, кг/кг.

2.2. Скорость осаждения рассчитывают по формуле:

где µ_св–динамическая вязкость сточных вод, Па∙с

ρ_в и ρ_тв– плотность чистой воды и твердой фазы;

g – ускорение свободного падения, м/с².

2.3. Среднюю расчетную скорость осаждения принимают равной половине теорети­ческой скорости осаждения одиночной шарообразной частицы:w’_ос=0.5∙w_ос

2.4. Площадь осаждения в применении к отстойнику непрерывного действия для отстаивания суспензий (рис. 1.2) рассчитывают по формуле:

F_ос=G_н(1 – с_н/с_сг)/∙ρ_ос∙w’_ос

где ρ_ос – плотность осветленной жидкости, кг/м³.

2.5. Построить график зависимости площади осаждения отстойника от диаметра частиц. Диапазон изменения диаметра частиц задает преподаватель.

2.6. Расчет и построение графиков провести в программной среде MatLab (см. пункт 3 лабораторной работы № 1).

Контрольные вопросы

1. Классификация отстойников.

2. Что представляет собой отстойник периодического действия.

3. Что представляет собой отстойник непрерывного действия.

4. От каких параметров зависит площадь осаждения отстойника.

5. Как влияет диаметр осаждаемых частиц на площадь осаждения.