Задача 32. Конструктивный расчет циклона.

Исходя из условий задачи 31, определить конструктивные размеры аппарата для первой стадии пылегазоочистки (циклон СИОТ) в аспирационно-технологической установке АТУ – 33/36 от пыли TiO ₂ по исходным данным, представленным в табл. 4

 Таблица 4

Наименование параметра	Величина
Расчетная производительность по запыленному газу (воздуху) V см, м^3/ч	8700
Запыленность газа z см, кг/м^3	0,00937
Диаметр трубопровода на входе запыленного воздуха D труб, м	0,445
Плотность угольной пыли ρу, кг/м^3	1400
Плотность пыли концентрата ρт, кг/м^3	4250
Средний размер частиц концентрата dm к, мкм	10
Средний размер частиц угля dm у, мкм	28,5
Рабочая температура t, ºС	20

 

Скорость в трубопроводе круглого сечения, соединяющий основной трубопровод и рассчитываемый циклон

,

где  – секундный объемный расход воздуха, м³/с,

S _труб – площадь живого сечения соединяющего трубопровода,

,

где D_труб – внутренний диаметр трубопровода, D_труб=0,445 м.

 м²,

 м/с.

Скорость воздуха в трубопроводе находится вне пределов рекомендуемых значении  [6], следовательно, использовать предлагаемую методику нецелесообразно. Оптимальную скорость газа в рассчитываемом циклоне принимаем ω_опт=1 м/с [11].

Необходимая площадь сечения циклона

,

.

Приближенное значение внутреннего диаметра циклона

,

где N – число циклонов, применяющихся в аспирационной установке, N =1,

м.

Наружный диаметр циклона, учитывая толщину стенки его корпуса
δ=8 мм

,

По [11] из ближайшего ряда размеров наиболее оптимально подходит циклон СИОТ №6. Однако, для обеспечения запаса по производительности, принимаем вместо циклона СИОТ №6 СИОТ №7 с внутренним диаметром .

Действительная скорость газа в циклоне:

,

 м/с.

Запас скорости газового потока в аппарате

.

.

Условие выполняется, следовательно, обеспечивается запас скорости в аппарате.

Внутренний диаметр входного патрубка:

где ω_т – скорость в выходном патрубке циклона, согласно рекомендациям [12] ω_т=4–8 м/с, принимаем ω_т=4 м/с.

.

Наружный диаметр выхлопной трубы

,

.

Зная внутренний диаметр циклона, определим скорость осаждения частиц в аппарате

,

откуда

,

где ω_о.г – окружная скорость газового потока в циклоне, ω_о.г=12-14 м/с [12], принимаем ω_о.г=12 м/с.

Скорость осаждения частиц пыли в циклоне

.

По [11] коэффициент гидравлического сопротивления для одиночного циклона СИОТ составляет ξ=1400.

Потери давления в циклоне

,

Фактические потери давления не превышают предельно допустимых значений  [11].

Диаметр частиц, осаждающихся в циклоне с эффективностью 50%, определяется из зависимости

,

где , ,  – параметры, соответствующие условиям, при которых получены табличные значения ;

, ,  – параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона.

 – теоретический диаметр частиц, осаждающихся в циклоне с эффективностью 50%, для циклона СИОТ при , , ,  мкм [12]

D = D _ср = 1,927 м;

ρ = 3360,633 кг/м³;

μ_с – динамический коэффициент вязкости среды, для воздуха при t=0ºC=273 К μ₀=17,3·10^-6 Па·с [2], при t =20ºC=293 К

 Па·с.

.

На основании математической обработки уравнения для вероятностных функций было получено выражение для полной очистки воздуха в циклоне [7]

Величина x применительно к циклонам может быть найдена из следующего выражения

где  – для циклонов СИОТ [11];

 – среднеквадратическое отклонение функции распределения;

,

где d_т - среднемедианный размер частиц;

 – абсцисса точек, ордината которой имеет значение 15,9 % [6].

Определим графически d_т и . Для этого воспользуемся графиком распределения частиц пыли по размерам (логарифмической вероятностной координатной сеткой). Известно, что в 100 % шихты содержится 87% концентрата и 13% угля. Полагая, что в таком же соотношении они содержатся и в воздухе, построим графическую зависимость диаметра частиц от их концентрации, т.е.:

а) для концентрата при ;

б) для угля при .

Графическая зависимость приведена на рис 15.

Таким образом, получаем, что d_m = 16,8 мкм, .

,

Найденное значение среднемедианного диаметра частиц d_m не обеспечивает требуемой точности вычислений, т.к. оно получено без учета отклонений дисперсного состава пыли от вероятных значений. Поэтому действительный дисперсный состав пыли будет аппроксимироваться не прямой линией, а криволинейной траекторией, для которой фактический диаметр частиц может быть определен с помощью следующей зависимости:

Рис. 15. Логарифмическая вероятностная координатная сетка

 

,

.

.

По , следовательно, эффективность очистки воздуха в циклоне составит .

Конечная запыленность газа на выходе из циклона:

,

.

Конструктивные размеры аппарата, определяются с учетом того, что принимается в качестве условного диаметра циклона диаметр .

Для вычисления размеров аппарата воспользуемся таблицей приведенной в [5]. Результаты вычислений сведем в табл. 5.

Ввиду того, что рассматриваемый циклон является укороченным и с учетом, того что, в нижней части циклона предусмотрен бункер, окончательно принимаем:

– высота свободной части конуса H₁=1,815;

– полная высота циклона H=2,820.

Расчетная схема укороченного циклона СИОТ представлена на рис. 14.

Таблица 5

Наименование

Обозначение

Величина в долях диаметра Dу

Расчетное значение, м

Принимаемое значение, м

 

1	2	3	4	5
Условный диаметр циклона D=Dy	D = D y	1,943м	–	–
Диаметр входного патрубка	d 0	0,230	0,447	0,445
Диаметр выхлопной трубы в нижней ее части	d	0,392	0,762	0,760
Диаметр выхлопной трубы в верхней ее части	d 2	0,438	0,850	0,845
Габаритный размер конуса	D 1/2	0,454	0,880	0,880
Размеры сторон: входного патрубка треугольной формы	t S	0,306 0,361	0,595 0,701	0,595 0,700
Высота свободной части конуса	H 1	1,200	2,332	2,332
Полная высота циклона	Н	1,91	3,711	3,711
Глубина погружения выхлопной трубы	H 2	0,49	0,952	0,950
Длина входного патрубка	l	0,468	0,910	0,910

 

Рис. 16. Расчетная схема укороченного циклона СИОТ