Циклон для улавливания частиц сухого молока

Циклон для улавливания частиц сухого молока

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н.ЕЛЬЦИНА»

Кафедра машин и аппаратов химических производств

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА»

Тема: Циклон для улавливания частиц сухого молока

Руководитель Хомякова Т.В

Студент гр. Х-590302

Киселев А.В

2013 г

ЗАДАНИЕ

Студент группы Х-590302 специальность/направление МАПП

Фамилия Киселев Имя Александр Отчество Владимирович

Руководитель проекта ___ ст. преподаватель Хомякова Т.В.__

Срок проектирования с 15.10.2013 г. по 28.12.2013 г.

. Тема курсового проекта/работы Циклон для улавливания частиц сухого молока после распылительной сушилки (спроектировать и рассчитать)

. Содержание проекта (какие графические работы и расчёты должны быть выполнены)

.1. Содержание пояснительной записки: Введение, Обзор литературных источников, Расчетная часть, Заключение, Библиографический список

.2. Графическая часть проекта: Чертеж общего вила (А1), чертежи узлов и деталей (А1).

. Особые дополнительные сведения

·    Тип аппарата - Циклон

·        Производительность аппарата по запыленному воздуху 3500 нм3/ч

Температура воздуха 65оС;

Степень улавливания не менее 90%;

Общая масса частиц сухого молока 2кг;

Фракционный состав сухого молока в таблице:

·    Выбрать вентилятор по след данным: гидравлическое сопротивление 400 Па, длина воздуховода 12м, имеется 4 поворота и 2 задвижки

РЕФЕРАТ

Сухое молоко - представляет собой растворимый порошок, получаемый высушиванием нормализованного пастеризованного коровьего молока. Обычно разводится в тёплой воде и употребляется в качестве напитка, при этом сохраняет все полезные свойства свежего пастеризованного молока. Имеет широкое применение в кулинарии. Входит в состав многих видов детского питания.

Изготовление сухого молока обусловлено более длительным сроком хранения данного продукта по сравнению с обычным молоком.

Существует также быстрорастворимое сухое молоко.

Готовое сухое обезжиренное молоко загружается в бункер 4. Из этого бункера порошок направляется в агломерационную трубу 1. Чтобы процесс агломерации частиц молочного сухого порошка прошел наиболее эффективно, в трубу 1 через патрубок 2 вводится пар. Чтобы подавать в трубу 1 воздух и сам продукт, предназначен вентилятор 3. Агломерационная труба находится в тангенциальном сочленении с циклоном 6 так, что смесь воздуха и сухого молока движется в ней по круговому направлению движения.

Схема установки для получения обезжиренного сухого быстрорастворимого молока: 1 - агломерационная труба; 2 - патрубок для ввода пара; 3 - вентилятор; 4 - питательный бункер; 5 - отводящая труба; 6 - циклон; 7 - шлюзовой затвор; 8 - калорифер; 9 - сушильная труба; 10 - разгрузочный циклон; 11 - виброохладитель; 12 - трубопровод для отвода мелкой фракции порошка; 13 - вспомогательный циклон.

Циклон 6 сверху имеет отверстие, через которое выходит отработавший воздух. После циклона он попадает в трубу 5 и направляется обратно к вентилятору 3. Выгрузка продукта из циклона 6 в сушильную трубу 9 осуществляется через шлюзовой затвор 7 в нижней части циклона. Труба 9 связана с калорифером 8, который нагревает воздух. Из сушильной трубы продукт попадает в циклон 10. В его верхней части также имеется небольшая отводная труба для выброса отработанного воздуха. Нижняя часть циклона выполнена конической формы. На ее нижней части расположен шибер. Через него сухой агломерированный порошок попадает в виброохладитель 11. А самые мелкие частички продукта попадают в трубопровод 12 и из него в последний циклон 13.

Если размер агломератов готового порошка не достаточно большой, тогда количество пара, подводимого через патрубок 2, увеличивают. И наоборот, если влажность готового продукта слишком большая и агломераты имеют тестообразную структуру, то количество подаваемого пара уменьшается. Температура воздуха в сушильной трубе 9 должна составлять 150°С, влажность сухого молочного порошка должна быть не более 4%.

Скорость воздушного потока в трубе должна регулироваться таким образом, чтобы не происходило разрушения образованных агломератов. Температура продукта в виброохладителе 11 составляет 45°С.

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте я буду рассматривать такое технологическое оборудование, как циклоны.

Среди аппаратов сухой инерционной очистки газов наибольшее распространение получили различные циклоны. Это объясняется относительно высокими значениями эффективности улавливания в них золы или пыли при умеренных значениях аэродинамического сопротивления аппаратов. Я изучу их конструкционное оформление, область применения, а также произведу расчет циклона ЦН-11.

1. РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ СИСТЕМ (ОЧИСТКА ГАЗОВ)

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа, а также разрушающих аппаратуру.

Очистка отходящих промышленных газов является одной из важных технологических задач большинства химических производств. Поэтому разделение газовых неоднородных систем относится к числу широко распространенных основных процессов химической технологии.

В промышленных условиях пыль может образовываться в результате механического измельчения твердых тел (при дроблении, истирании, размалывании, транспортировке и т. д.), при горении топлива (зольный остаток), при конденсации паров, а также при химическом взаимодействии газов, сопровождающемся образованием твердого продукта. Получаемая в таких процессах пыль состоит из твердых частиц размерами 3-70мкм (ориентировочно). Взвеси, образующиеся в результате конденсации паров (нефтяные дымы, туманы смол, серной кислоты и др.), чаще всего состоят из очень мелких частиц размерами от 0,001 до 1мкм.

Различают следующие способы очистки газов:

1)     осаждение под действием сил тяжести (гравитационная очистка);

2)      осаждение под действием инерционных, в частности центробежных сил;

)        фильтрование;

)        мокрая очистка;

На практике требуемая степень очистки газа не всегда может быть достигнута в одном газоочистительном аппарате. Поэтому в ряде случаев применяют двухступенчатые и многоступенчатые установки, включающие аппараты одного и того же или разных типов.

1.1 Инерционные пылеуловители

Действие пылеуловителей такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока, которое сопровождается значительным уменьшением его скорости. Устанавливая на пути движения запыленного газа (например, в газоходе) отражательные перегородки или применяя коленчатые газоходы, изменяют направление движения газа на 90 или 180º. При этом частицы пыли, стремясь сохранить направление своего первоначального движения, удаляются из потока. Для эффективного улавливания пыли скорость потока газа перед перегородками должна составлять не менее 5-15м/с.

Инерционные пылеуловители отличаются простотой устройства, компактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60%) пыли (размер удаляемых частиц более 25мкм). К недостаткам инерционных пылеуловителей относятся также сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быстрый износ и забивание перегородок.

1.2 Циклоны

.2.1 Конструктивное оформление циклонов НИИОГАЗ

В циклонах используется центробежная сила, развивающаяся при вращательно-поступательном движении газового потока. Под действием центробежной силы частицы золы или пыли подводятся к стенке циклона и вместе с частью газов попадают в бункер. Попавшая в бункер часть газов, освободившись от пыли, возвращается в циклон через центральную часть пылеотводящего отверстия, давая начало внутреннему вихрю очищенного газа, покидающего аппарат. Отделение частиц от попавших в бункер газов происходит под действием сил инерции при перемене направления движения газов на 180º. По мере движения этой части газов в сторону выхлопной трубы к ней постепенно присоединяются порции газов, не попавших в бункер. Последнее не вызывает значительного увеличения выноса пыли в выхлопную трубу, так как распределенное по значительному отрезку длины циклона перетекание газов происходит со скоростью недостаточной для противодействия движению частиц к периферии циклона. Несравненно большее влияние на полноту очистки газов оказывает их движение в области пылеотводящего отверстия навстречу сыплющейся пыли.

Из вышеизложенного следует: в принципе циклоны могут нормально работать при любом их положении в пространстве, но чрезвычайно чувствительны к присосам через бункер из-за увеличения объемов газов, движущихся навстречу пыли; бункер участвует в аэродинамике циклонного процесса, поэтому использование циклонов без бункера или с уменьшенными против рекомендуемых размерами бункеров приводит к ухудшению эффективности аппаратов.

В свое время из-за отсутствия стройной теории процесса циклонной очистки газов в поисках оптимальной по металлоемкости, гидравлическому сопротивлению и эффективности геометрии циклонов было создано неоправданно большое количество типов этого вида пылеулавливающей аппаратуры.

Степень очистки газа в циклоне зависит не только от размеров отделяемых частиц и скорости вращения газового потока, но от конфигурации основных элементов и соотношения геометрических размеров циклона. Кроме циклонов НИИОГАЗ существует большое число разновидностей циклонов, в которых повышение степени очистки достигается за счет усложнения конструкции и соответственно - повышения гидравлического сопротивления аппарата. Поэтому для очистки промышленных газов наиболее широко применяются циклоны конструкции НИИОГАЗ. Однако для очистки вентиляционного воздуха часто используют более простые по конструкции, но менее эффективные циклоны.

В циклонах НИИОГАЗ с диаметром корпуса от 100 до 1000мм степень очистки газов от пыли составляет 30-85% (для частиц диаметром 5мкм) и с увеличением диаметра частиц повышается до 70-95% (для частиц диаметром 10мкм) и далее до 95-99% (для частиц диаметром 20мкм). При этом содержание пыли в очищаемом газе не должно превышать 0,2-0,4кг/м³. Лишь для циклонов диаметром 2000-3000мм допускается увеличение начальной концентрации пыли в газе до 3-6кг/м³. Теоретический расчет циклонов весьма сложен. Поэтому их рассчитывают упрощенно по гидравлическому сопротивлению аппарата.

Циклоны из углеродистой стали (нормализованные) применяются для очистки газов, имеющих температуру не более 673ºК (400ºК). Газы с более высокими температурами очищают в циклонах, изготовленных из жаропрочных материалов; в этих случаях корпус циклона часто футеруют изнутри термостойкими материалами (шамотным кирпичом, огнеупорными плитками и др.). Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15-20ºС выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.

Степень очистки газа в циклонах зависит от значения фактора разделения и может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возрастание гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются батарейными циклонами, или мультициклонами.

Батарейные циклоны выделены в отдельную разновидность аппаратов из-за конструктивных особенностей, связанных с раздачей потока по многим одинаковым элементам циклонного типа. Поэтому я рассмотрю их в отдельной главе.

Различают цилиндрические и конические циклоны НИИОГАЗ. К цилиндрическим циклонам НИИОГАЗ в первую очередь относятся аппараты типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24. Отличительной особенностью этих аппаратов является наличие удлиненной цилиндрической части корпуса, наклон крышки и входного патрубка соответственно под углом 11, 15 и 24º, а также одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона. В зависимости от типа, циклоны ЦН имеют различные соотношения внутреннего диаметра к их длине, ширине и высоте входного патрубка, диаметру выхлопной трубы и другим определяющим размерам. В таблицах приведены соотношения размеров для циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24.

На основании этих размеров могут быть разработаны циклоны ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У любых размеров в пределах от 200 до 2000мм и циклоны СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и ЦН-24 в пределах от 400 до 3000мм. Согласно ГОСТу 9617 - 67 для циклонов приняты следующие размеры диаметров (в мм): 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000. Однако для цилиндрических циклонов в одиночном исполнении этот ряд диаметров рекомендуется ограничивать значением 2000мм, а в групповом исполнении 1800мм. Кроме того, для ограничения числа типоразмеров групповых циклонов сборки из аппаратов с диаметрами 300, 500 и 700мм рекомендуется по возможности не применять, а заменять их равноценными по производительности группами из циклонов других диаметров.

Циклоны ЦН-15У, отличаясь от других циклонов ЦН меньшей высотой, имеют несколько ухудшенные технико-экономические показатели.

Поэтому их применение может быть оправдано только в тех случаях, когда имеются ограничения газоочистной установки по высоте. Циклоны ЦН могут применяться как в одиночном, так и в групповом исполнении. В группах циклоны компонуются в два ряда или имеют круговую компоновку в соответствии с рекомендациями.

Рис. 1. Примеры конструкций циклонов: а и б - циклоны ЧССР; в - СИОТ; г - циклон Мельстроя; д - СВК ЦН-15; е - циклон Давидсона; ж - циклон с двойной стенкой; з - циклон с перфорированной выхлопной трубой; и - циклон с рециркуляцией; к - двойной циклон; л - циклон Сыркина; м - циклон ЛИОТ; н - циклон ВЦНИИОТ; о и п - циклоны Гипродревпрома; р - циклон Полизиуса; с - циклон с обводом пыли

Особое место среди цилиндрических циклонов НИИОГАЗ занимает аппарат ЦМС-27, специально разработанный для использования в малых котельных и для установок промышленной теплотехники, работающих на естественной тяге дымовой трубы (рис. 3). Гидравлическое сопротивление (но зато и эффективность) циклона ЦМС-27 существенно ниже, чем у любых других аппаратов рассматриваемого типа.

Рис. 2. Циклон ЦН.

Рис. 3. Циклон ЦМС-27.

В промышленной теплоэнергетике наряду с цилиндрическими циклонами НИИОГАЗ широкое распространение получили циклоны ЦКТИ (Ц), серийно выпускаемые в качестве золоуловителей для очистки дымовых газов котлоагрегатов паропроизводительностью от 2,5 до 6,5т/ч. По конструкции и технико-экономическим показателям циклоны типа Ц почти не отличаются от циклонов типа ЦН-15. Золоуловители с циклонами Ц изготавливаются Кусинским машиностроительным заводом и поставляются блоками, включающими от четырех до шести аппаратов (рис. 4).

Рис. 4. Блок циклонов типа Ц (такую же компоновку могут иметь блоки циклонов ЦН).

К коническим циклонам НИИОГАЗ относятся аппараты типа СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34. Они отличаются удлиненной конической частью, спиральным входным патрубком и малым отношением диаметра трубы к диаметру цилиндрической части циклона, равным 0,33 и 0,34 (рис. 5). Конические циклоны при равных производительностях с цилиндрическими отличаются от последних большими габаритами и поэтому обычно не применяются в групповом исполнении.

Рис. 5. Спирально-конический циклон ЦН.

Применительно к установкам каталитического крекинга нефтепродуктов, дегидрирования бутана, а также производства сажи были разработаны модернизированные конические циклоны НИИОГАЗ типа СК-ЦН-34М. Эти циклоны применимы для улавливания пылей, обладающих очень высокой абразивностью частиц или их высокой слипаемостью. Однако потери давления в этих циклонах примерно в 2 раза больше, чем в конических циклонах СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34. Можно предполагать, что область их промышленного применения будет расширяться, в частности, представляется перспективным их применение для улавливания угольной пыли на центральных пылезаводах, а также в индивидуальных системах пылеприготовления с шаровыми мельницами.

Циклоны могут выполняться как для «правого» вращения газового потока, так и для левого вращения. «Правым» принято называть вращение газового потока в циклоне по часовой стрелке, если смотреть со стороны выхлопной трубы; «левым» - вращение против часовой стрелки. Конструктивная схема циклонов ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-11, ЦН-24 представлена на рис. 6.

Рис. 6. Конструктивная схема циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 с правым и левым вращением газов: 1 - цилиндрическая часть; 2 - коническая часть корпуса; 3 - крышка винтообразная; 4 - труба выхлопная; 5 стенка входного патрубка передняя; 6 - стенка входного патрубка задняя; 7 - стенка входного патрубка верхняя; 8 - стенка входного патрубка нижняя; 9 - фланец опорный; 10 - косынка

Основные размеры циклона ЦН-11, который я буду рассчитывать в курсовой работе, приведены в таблице 3.

В состав каждого одиночного циклона входят следующие узлы - циклон, бункер, люк на бункере, опорные лапы.

На рис. 7 представлена сборка одиночных цилиндрических циклонов типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24.

Рис. 7. Сборка одиночных циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24: 1 - циклон; 2 - коническая часть циклона; 3 - косынки; 4 - бункер; 5 - люк; 6 - лапы опорные

Для всех одиночных циклонов бункера выполняются цилиндрической формы.

Рекомендуемые диаметры бункеров принимаются в соответствии с рядом диаметров по ГОСТу 1260 - 67, исходя из следующих соотношений:

D1 бункера = 1,5D (для цилиндрического циклона)

D1 бункера = 1,1 - 1,2D (для конического циклона)

Высота цилиндрической части бункера принимается 0,8D1, днище бункера выполняется по ГОСТу 1260 - 67 с углом наклона стенок 60º.

В отдельных случаях (при отсутствии необходимой площади для размещения бункера) разрешается уменьшение диаметра бункера до значения 0,8D (D - внутренний диаметр циклона), при обязательном сохранении расчетного объема.

Для установки на опорные конструкции бункера снабжаются лапами по МН 5128 - 63.

Тип опорных лап выбирается в зависимости от веса аппарата с пылью и условий его установки. Плоские крышки цилиндрических бункеров должны быть снабжены ребрами жесткости, размеры которых определяются, исходя из давления (разряжения) в аппарате и действующих нагрузок.

Для осмотра и чистки бункеров в них предусматриваются люки Ø250 или Ø500мм.

Отверстия для выгрузки пыли приняты в зависимости от емкости бункеров и производительности циклонов следующих размеров: dв =200, dв =300, dв =500.

В виде исключения для самых маленьких бункеров Ø300мм и Ø500мм приняты пылевыпускные отверстия соответственно dв 100 и dв 150. Размеры фланца на штуцере выгрузки пыли должны соответствовать присоединительным размерам пылевых затворов.

В отдельных случаях для снижения гидравлического сопротивления одиночные циклоны типа ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 снабжаются лопастными раскручивателями. Раскручиватель приваривается к нижней части выхлопной трубы.

Группы чаще всего составляют из циклонов основной серии ЦН (ЦН-24, ЦН-15У, ЦН-15, ЦН-11). Как правило, группы циклонов имеют общий коллектор грязного газа, общий сборник очищенного газа и общий пылевой бункер. Пылевые бункера циклонных групп могут иметь либо круглую, либо прямоугольную форму. Для групп из двух и четырех циклонов применяют обе формы бункеров, а для групп из шести и восьми - только прямоугольные. Необходимые объемы пылевых бункеров определяются их назначением. Объем бункера, оборудованного устройствами для непрерывной выгрузки пыли, может быть выбран меньшим, чем объем бункера, предназначенного для накопления и периодической выгрузки пыли. Минимальное расстояние от оси циклона до стенки бункера не должно быть меньше 0,4D, где D - диаметр циклона. Высота прямоугольной части бункера (или цилиндрической) должна быть не менее 0,5D. Угол наклона стенок бункера к горизонту принимается не менее 60º. Конусы циклонов опускаются в бункер на глубину, равную 0,8 диаметра отверстия в них. Для уменьшения общей высоты бункера при непрерывной выгрузке пыли допускается устанавливать в одной группе циклонов несколько бункеров.

Отвод очищенного газа от циклонов группы выполняют либо через улитки, устанавливаемые на каждом циклоне и объединяемые общим коллектором (рис. 4), либо непосредственно через общий коллектор группы (рис. 8, в). Применение выходных улиток уменьшает необходимую высоту группы. Схема присоединения циклонов группы к подводящему коллектору грязного газа показана на рис. 4.

Рис. 8. Варианты конструктивного оформления отвода газов от циклонов: а - улитка; б - колено; в - общий сборник для группы циклонов; г выхлопная труба в атмосферу

Для осмотра бункеров и объединяющих циклоны коллекторов предусматривают съемные люки диаметром 250 или 500мм. В некоторых случаях съемные люки устанавливают на выходных улитках циклонов.

1.3 Батарейные циклоны

Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого количества параллельно установленных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов, а также сборный бункер.

Батарейные циклоны могут быть составлены из прямоточных циклонных элементов.

Батарейные циклоны с обычными элементами (рис. 9). Очищаемый газ через входной патрубок 1 поступает в распределительную камеру 2, откуда он входит в кольцевые зазоры между корпусами элементов3 и входными трубами 4. В этих зазорах установлены направляющие аппараты 5, закручивающие поток газов. Уловленная зола или пыль через пылеотводящие отверстия 6 поступает в общий бункер 7. Обеспыленный газ через выхлопные трубы поступает в камеру очищенного газа 8. Для крепления корпусов элементов и выхлопных труб служат соответственно нижняя и верхняя 9 опорные решетки. Весь аппарат монтируется на опорном поясе 10.

батарейный циклон газ вентилятор

Рис. 9. Характерная конструкция батарейного циклона с обычными элементами

Батарейные циклоны с прямоточными элементами обладают меньшей эффективностью, чем с обычными, и поэтому в качестве самостоятельных ступеней очистки газов применяются редко. Чаще всего их применяют для предварительной очистки газов перед такими высокоэффективными аппаратами, как электрофильтры, рукавные фильтры и т. п. При этом прямоточные батарейные циклоны встраиваются в форкамеру соответствующего аппарата, образуя с ним единую конструкцию двухступенчатого пыле- или золоуловителя. Отметим, что в случае установки прямоточного циклона для предочистки газов перед электрофильтром прямоточный циклон обеспечивает улучшенную равномерность газораспределения в его активной зоне.

При технико-экономическом сопоставлении батарейных циклонов с группами обычных циклонов следует учитывать следующие соображения.

Степень очистки газов в элементах батарейных циклонов несколько ниже той, которая может быть достигнута в эквивалентных по диаметру циклонах. Считается, что при одинаковых потерях давления примерно равной эффективностью обладают одиночные циклоны типа ЦН-15 вдвое большего диаметра, чем элементы батарейного циклона. Это объясняется тем, что между направляющим аппаратом и корпусом элемента батарейного циклона обычно имеются зазоры, через которые происходит обратное перетекание газа из элемента во входную форкамеру. Переток газа ухудшает эффективность улавливания частиц. Кроме того, в направляющих аппаратах элементов батарейного циклона возникают дополнительные потери давления, не связанные с циклонным процессом.

Для закрутки газов в циклонных элементах отечественных конструкций чаще всего применяются направляющие аппараты либо типа «винт» с двумя винтовыми лопастями, наклоненными под углом 25º, либо типа «розетка» с восемью лопатками, наклоненными под углом 25 или 30º.

Угол наклона лопаток 25º способствует более высокому коэффициенту очистки, но увеличивает гидравлическое сопротивление по сравнению с сопротивлением при угле наклона 30º.

Отмеченные ранее недостатки элементов батарейных циклонов с направляющими аппаратами типа «винт» и «розетка» привели к созданию за рубежом и в России батарейных циклонов с тангенциальным подводом газа к элементам.

Циклонные элементы с направляющим аппаратом типа «винт» устанавливаются так, чтобы верхние кромки лопастей были расположены по ходу газа; направляющие аппараты типа «розетка» по отношению к потоку устанавливаются произвольно. Но все направляющие аппараты в одной секции батарейного циклона обязательно должны быть одного и того же направления вращения газа.

Наиболее распространены циклонные элементы диаметром 100, 150 и 200мм. Опыт эксплуатации батарейных циклонов с элементами разного диаметра показывает, что аппараты, составленные из большого количества циклонных элементов малого диаметра (100 и 150мм) без отсоса газов из пылевого бункера, вопреки теоретическим соображениям работают недостаточно эффективно и надежно.

Корпус и бункер батарейного циклона изготавливаются сварными из листовой стали. Все сварные швы должны быть не только прочными, но и плотными, за исключением шва приварки ребер жесткости, которые должны удовлетворять только условиям прочности.

Корпус батарейного циклона часто выполняется секционированным для сохранения оптимальной скорости движения газов в циклонных элементах при переменных нагрузках (работа в летний и зимний периоды) путем отключения соответствующих секций. Кроме того, секционирование уменьшает возможности заметного ухудшения степени очистки газов за счет перетока из одних элементов в другие через пылевой бункер. Это может происходить из-за неодинакового гидравлического сопротивления отдельных элементов (неодинаковость их изготовления и неравномерное распределение газа по отдельным элементам). Для ограничения перетекания газов из одних элементов в другие пылевой бункер часто разделяется на две части перегородкой, располагаемой перпендикулярно движению газов.

Для обеспечения равномерного распределения газа по всем элементам газораспределительная камера корпуса может быть выполнена клиновидной. Корпус обычно имеет прямоугольную форму, реже - цилиндрическую.

На стенке бункера для монтажных работ, осмотра и очистки устраивается люк. Если же в бункере установлена перегородка, таких люков делается два - по обе стороны от перегородки.

Опорный пояс представляет собой сварную стальную конструкцию. Для жесткости по периметру с наружной стороны опорного пояса привариваются вертикальные полосы. С внутренней стороны привариваются направляющие листы под углом, равным углам наклона стенок бункера. На эти листы ложится бункер, опускаемый сверху.

Нижняя опорная решетка с ребрами жесткости устанавливается на опорных балках. Верхняя опорная решетка состоит из несущих полос, расположенных по ширине газораспределительной камеры и приваренных к окаймляющей раме из полосовой стали. Между несущими полосами привариваются распорные полосы, которые образуют квадратные ячейки решетки. Размеры полос выбираются из конструктивных соображений и должны обеспечить прочность сооружения и возможность установки и приварки фланцев выхлопных труб.

Корпуса циклонных элементов устанавливаются на нижней опорной решетке.

Под фланцами корпусов элементов предусматривается асбестовая прокладка толщиной 5мм.

Пространство над нижней опорной решеткой должно засыпаться просеянным шлаком (с зернами размером 0,5-2мм) или другим подходящим материалом на всю высоту корпусов элементов.

На расстоянии 10±2мм от верхнего края выхлопной трубы к ней приваривается квадратный фланец из листовой стали толщиной 5мм для элементов диаметром 250, 150мм и 3мм - для элементов диаметром 100мм.

Широко распространенные батарейные циклоны изготовляются с нормализованными элементами диаметром 100, 150 и 250мм; они рассчитаны на очистку газов с содержанием пыли 0,05-0,1кг/м³. Степень очистки газа в батарейных циклонах несколько отличается от степени очистки его в обычных циклонах (см. рис. 2-8) и составляет 65-85% (для частиц диаметром 5мкм), 85-90% (для частиц диаметром 10мкм) и 90-95% (для частиц диаметром 20мкм).

Батарейные циклоны ЦКТИ. В зависимости от сжигаемого топлива предусматриваются три типа батарейных циклонов: для золы обычных углей типа БЦ; для высокоабразивной золы - типа БЦА (их циклонные элементы отличаются только наличием защитных манжет, навешиваемых на специальные крючки первого ряда выхлопных труб); для торфяной золы - типа БЦТ. Последние во избежание возможных отложений горючего уноса в выхлопной камере имеют на выходном участке выхлопной трубы переход с круга на квадрат.

Батарейные циклоны к котлам производительностью 6,5-20т/ч выполняются двухсекционными, с неодинаковым количеством элементов в секции, так как для них характерны случаи работы с переменными нагрузками.

Прямоточные батарейные циклоны. Очистка газов от золы или пыли в прямоточном батарейном циклоне происходит следующим образом. Газ поступает во входные патрубки элементов и при прохождении через направляющий аппарат приобретает вращательное движение, вследствие чего частицы отбрасываются к стенкам входного патрубка и далее выбрасываются через кольцевую щель в специальную пылевую камеру. Очищенные газы удаляются через выходной патрубок.

Опыт показывает, что для надежной и эффективной работы прямоточного батарейного циклона из пылевой камеры вместе с пылью необходимо производить отсос некоторой части газов.

При отсутствии отсоса в пылевую камеру сбрасывается меньшее количество пылевой смеси и происходит интенсивный газовый обмен между отдельными элементами прямоточного циклона.

Отсос газов из пылевой камеры производится через циклон, в котором выделяется основная масса пыли, уловленная прямоточным батарейным циклоном.

Наибольшее распространение для очистки дымовых газов получил прямоточный батарейный циклон ЦКТИ.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение среднего размера , среднее квадратичное отклонение σ частиц сухого молока

Исходные данные.

Q=5000 н = 6110 ;

t=C;

G=2кг;

2.2 Ситовый анализ: определение  и σ

где dcp - средний диаметр частиц, мкм; d -диаметр частицы, мкм; m - масса частиц, г.

2.3 Выбор типа циклона

ЦН-11-900

Q= 4700-9000 ; D=900мм; H=3066 мм; m=521кг; цена 35 000руб.

2.4 Определение площади сечения циклона

где L - количество выбросов через циклон, м3/ч;  - оптимальная скорость воздуха в сечении циклона, 3,5 м/с.

где Q - производительность аппарата по запыленному воздуху, м3/ч; tp - температура воздуха, 70 ̊С.

2.5 Определение диаметра циклона

где N - число циклонов.

Для циклонов НИИОГаз диаметры нормируются в следующем порядке: 150, 200, 300, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400 и 1600 мм.

Принимаем ближайший больший стандартный диаметр циклона D1 = 900 мм.

2.6 Определение действительной скорости воздуха в циклоне

где D1 - ближайший больший номенклатурный диаметр циклона.

Действительная скорость в циклоне не должна отличаться от оптимальной скорости более чем на 15 %.

где  - разница между действительной и оптимальной скоростями воздуха в циклоне.

2.7 Определение динамической вязкости воздуха

2.8 Определение аэродинамического сопротивления циклона

где  - сопротивление воздуха; - коэффициент местного сопротивления, отнесенный к скорости 0 и определяемый с учетом поправочных коэффициентов по формуле:

где  - коэффициент, зависящий от компоновки циклонов (таблица 3 Приложения);  - коэффициент, зависящий от диаметра циклона (таблица 4 Приложения),  - поправочный коэффициент на запыленность воздуха (таблица 5 Приложения),  - коэффициент местного сопротивления из таблицы 1 Приложения с выбросом в атмосферу.

2.9 Определение эффективности улавливания

По графику фракционной эффективности очистки определяют размер пыли d50 c эффективностью улавливания 50 % для выбранного типа циклона с D1 и принятых условиях эксперимента. Для определения эффективности циклона других размеров и скорости движения воздуха, его вязкости и плотности вычисляют новое значение d50’ мкм, по формуле:

где  - плотность пыли, кг/м3.

На график фракционной эффективности очистки наносим точку с координатами 50 % и 4,7 мкм и из нее проводим линию, параллельную линиям графиков, которая определяет фракционную эффективность очистки запроектированного циклона.

Из условий работы по заданному среднему диаметру dср = 32 мкм находим соответствующую точку на оси Х, восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с построенной кривой и по горизонтальной прямой на пересечении с осью У и получаем искомое значение эффективности очистки запроектированного циклона

2.10 Конструктивные размеры циклона

Основные размеры циклона ЦН - 11 должны быть следующими: выходное отверстие циклона Dвых = 0,59·D1 = 0,59·900 = 531 мм; размеры входного патрубка a х b = 1,11·D1 х 0,26·D1 = 1,11·900 х 0,26·900 = 999 х 234 мм; общая высота циклона 4.26·D1 = 4,26·900 = 3834 мм.

3. ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА

3.1 Определение диаметра трубопровода

где Q - заданный расход, м3/с; ω - принятая скорость воздуха, м/с.

Примем скорость воздуха в трубопроводе =15м/с, тогда:

Выбираем стальной трубопровод с наружным диаметром 377 мм, толщиной стенки 10 мм. Тогда внутренний диаметр dэ = 0,357м.

3.2 Определение критерия Рейнольдса

где  - сопротивление воздуха, Па;  - вязкость воздуха.

Примем, что трубы были в эксплуатации, и имеют незначительную коррозию. Тогда Δ=0,15мм. Получим:

где - относительная шероховатость трубопровода, м;  - абсолютная шероховатость трубопровода, м.

Далее получим:

Таким образом, расчет коэффициента трения λ следует проводить для зоны смешанного трения:

3.3 Коэффициенты местных сопротивлений

Из табл. XIII [5]:

Вход воздуха из бака в трубопровод (труба с закругленными краями): ζ1 = 0,2.

Задвижка (3 шт.): ζ2 = 0,5·3 = 1,5.

Поворот (4 шт.) (при φ = 90º ): ζ3 = 4·1,1=4,4.

3.4 Сумма коэффициентов местных сопротивлений

∑ζ = ζ1 + ζ2 + ζ3 + ζ4

∑ζ = 0,2 + 1,5 + 4,4 + 1 = 7,1

3.5 Гидравлическое сопротивление трубопровода

где  - длина трубопровода, м.

Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления аппарата и трубопровода, равно:

∆p = ∆pа + ∆рп ;

∆p = 500 + 393= 893 Па.

3.6 Полезная мощность вентилятора

Nп = Q∆p;

Nп = 1,69 ∙ 893 = 1509,17 Вт.

Принимая ηпер = 1 и ηн = 0,6, найдем:

где ηпер и ηн - коэффициенты полезного действия соответственно передачи от электродвигателя к насосу и насоса.

3.7 Выбор вентилятора

По таблице находим, что полученным данным лучше всего удовлетворяет вентилятор Ц1-8500.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте я рассмотрел один из видов оборудования, предназначенного для разделения газовых систем, а именно - циклоны. Я ознакомился с различными типами циклонов, их конструкцией, принципом действия, техническими характеристиками, а также материалами, из которых они изготавливаются, и ограничениями применения тех или иных типов циклонов. Кроме того, я произвел расчет циклона ЦН-11-900.

Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции (не имеют движущихся частей) и могут быть использованы для очистки химически активных газов при высоких температурах. По сравнению с другими аппаратами, в которых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести или инерционных сил, циклоны обеспечивают более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.

К недостаткам циклонов относятся: сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400-700Н/м², или 40-70мм вод. ст.), невысокая степень улавливания частиц размером менее 10мкм (70-95%), механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.

В циклонах рекомендуется улавливать частицы пыли размером более 10мкм.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.     Авербух Я. Д., Заостровский Ф. П., Матусевич Л. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Курс лекций. Ч. II. Теплообменные и массообменные процессы. Изд. 2-е, перераб. Под редакцией докт. техн. наук проф. К. Н. Шабалина. Свердловск: изд. УПИ им. С. М. Кирова, 1973. - 428с.

2.       Борисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496с.

.        Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 752с.

.        Мальгин А. Д. Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. Ярославль: Уч. - изд., 1970. - 94с.

.        Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. Под ред. П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. - 576с.

.        Русанов А. А., Биргер М. И., Мягков Б. И. и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под общ. ред. А. А. Русанова. М.: Энергия, 1975. - 296с

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рисунок 10 - Фракционная эффективность очистки циклонов: 1 - СК- ЦН-34; 2 - ЦН-11; 3 - ЦН-15; 4 - ЦН-15у; 5 - ЦН-24; 6 - СДК-ЦН-33.