Конструктивный расчёт циклона

 

Произведем расчёт циклона, осуществляющего очистку отходящего от шаровой мельницы газопылевого потока. Исходные данные: расход смеси 1 м³/с; плотность смеси 1,29 кг/м³; вязкость смеси при рабочей температуре 0,0000173 Па с; медианный диаметр частиц 6 мкм; стандартное отклонение размеров частиц пыли 0,468; концентрация частиц пыли в смеси на входе 20 г/м³; плотность частиц 2900 кг/м³; требуемая эффективность очистки 80 процентов.

Приступим к выбору типа циклона. Выбираем циклон, для которого соблюдается условие – медианный диаметр частиц должен быть больше удвоенного оптимального диаметра частиц, осаждаемых с эффективностью 50 процентов, соответствующее формуле 8:

 

(8)

где  - медианный диаметр частиц, мкм;

 - оптимальный диаметр частиц, мкм.

 

Данному условию удовлетворяют все конические циклоны. Для расчёта выбираем циклон СДК-ЦН-33, для которого удвоенный оптимальный диаметр частиц равен 4,62 микрометрам. Выпишем основные характеристики циклона: скорость движения газа в циклоне 2 м/с; стандартное отклонение функции распределения парциальных коэффициентов очистки 0,364; оптимальный диаметр частиц 2,31 мкм.

Диаметр аппарата определяется по формуле 9:

 

(9)

где  – внутренний диаметр аппарата, м;

 - расход смеси, м³/с;

- скорость движения газа в циклоне, м/с;

 – число аппаратов.

 

Определим требуемый диаметр аппарата:

 

м

 

Истинная скорость газа определяется по формуле 10:

 

(10)

 

Выбираем нормализованный аппарат с внутренним диаметром 800 миллиметров и определяем истинную скорость газа:

м/с

 

Выбранный циклон должен удовлетворять условию, соответствующему формуле 11, в противном случае расчёт прекращают и ведут расчет для другого аппарата.

 

(11)

 

Проверим, удовлетворяет ли рассчитываемый аппарат данному условию.

 

(11)

 

Истинная скорость в аппарате отклоняется от оптимальной не более чем на 15 процентов, продолжаем расчёт выбранного циклона.

Диаметр частиц, осаждаемых при рабочих условиях с эффективностью, равной 50 процентам, определяем по формуле 12:

 

(12)

где  – типовой диаметр, м;

 – типовая плотность частиц, кг/м³;

 – типовая вязкость среды, Па с;

 – типовая скорость потока в аппарате, м/с.

 

Дело в том, что стандартные характеристики для аппаратов определяются для типовых условий – диаметра аппарата 600 мм; плотности частиц 1930 кг/м³; вязкости 0,0000222 Па с; скорости потока 3,5 м/с. Чем меньше значение диаметра частиц, тем выше эффективность аппарата. Увеличение диаметра снижает скорость потока, увеличение вязкости также снижает интенсивность воздействия инерционных сил, снижают эффективность. Увеличение плотность частиц и скорости потока напротив увеличивают интенсивность воздействия центробежной силы, увеличивая эффективность очистки, что и отражено в формуле.

Произведём расчёт:

 

 

Полученное значение удовлетворяет условию, соответствующему формуле 8, продолжаем расчёт выбранного аппарата.

Параметр X определяется по формуле 13:

 

(13)

где  - стандартное отклонение размеров частиц пыли;

 - стандартное отклонение функции распределения парциальных коэффициентов очистки.

 

Рассчитаем данный параметр:

 

=0,627

 

В соответствии со значением параметра X выбирают формулу для расчёта полного коэффициента очистки газа согласно формуле 14:

 

(14)

Нашему расчёту удовлетворяет выражение, соответствующее интервалу со значениями X 0,6 и более. Произведём расчёт:

 

 

Эффективность очистки газа в аппарате определяется по формуле 15:

 

(15)

 

Произведём расчёт:

 

 

Расчётная эффективность очистки больше требуемой, значит аппарат удовлетворяет требованиям эффективности очистки. Продолжаем расчёт.

Коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле 16:

 

(16)

где –поправочный коэффициент на диаметр циклона;

– поправочный коэффициент на запыленность газа;

– коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром  мм.

 

Гидравлическое сопротивление циклона определяется по формуле 17:

 

(17)

 

Коэффициенты, входящие в уравнение для расчёта гидравлического сопротивления, определили с помощью вспомогательных таблиц. Поправка на диаметр циклона – 1; на запыленность – 0,785; коэффициент для одиночного 500 миллиметрового циклона – 520. Произведём расчёты:

 

 

 

Мощность привода подачи газа определяют по формуле 18:

 

(18)

где – коэффициент запаса мощности;

 – КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору;

 – КПД вентилятора.

 

Коэффициент запаса мощности принимаем равным 1,2; коэффициенты полезного действия передачи и вентилятора принимаем по 0,8. С учетом этого произведём расчёт.

 

Па

 

Концентрация пыли на выходе из аппарата определяется по формуле 19. Приведём расчёт непосредственно после формулы [4].

 

(19)

 

 

В ходе расчёта определили основные технологические и конструктивные параметры. Большинство конструктивных параметров у циклонов задается соотношением в долях диаметра. Чтобы не загромождать расчёт, ввиду простоты конструктивных расчётов, представим результаты в таблице 3, куда, к тому же, сведём основные технологические параметры. Предварительно рассчитаем радиус улитки при угле развертки равным 135 градусам (2,35 радиан) по формуле 20:

 

(20)

где  – ширина входного патрубка, м;

 – угол развертки, рад.

 

Произведём расчёт:

 

 

Таблица 3 – Основные технологические и конструктивные параметры

 

Наименование	Обозначение	Соотношение в долях диаметра (для ряда конструктивных параметров)	Значение
Расход, м^3/ч		-	1
Концентрация на входе, г/м^3		-	20
Концентрация на выходе, г/м^3		-	2,4
Диаметр частиц, осаждаемых при рабочих условиях с эффективностью, равной 50 процентам, мкм		-	2,6
Эффективность очистки, процент		-	87,9
Гидравлическое сопротивление аппарата, Па		-	1042
Мощность привода, Вт	N	-	1953

Продолжение таблицы 3

 

Наименование	Обозначение	Соотношение в долях диаметра (для ряда конструктивных параметров)	Значение
Диаметр аппарата, м		-	0,8
Внутренний диаметр выхлопной трубы, м	d	0,334	0,3
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия, м	d1	0,334	0,3
Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер), м	b	0,264	0,2
Длина входного патрубка, м	l	0,6	0,5
Высота установки фланца, м	hфл	0,1	0,1
Высота входного патрубка (внутренний размер), м	a	0,535	0,4
Высота цилиндрической части циклона, м	Hц	0,55	0,4
Высота конуса циклона, м	Hк	3	2,5
Высота внешней части выхлопной трубы, м	hв	0,3	0,2
Высота заглублений выхлопной трубы, м	hт	0,535	0,4
Угол развертки, град (рад)		-	135 (2,35)
Радиус улитки, м	р	-	0,5