Выполнить расчет циклонной установки, предназначенной для очистки воздуха от абразивной пыли – подобрать циклон и определить число циклонов в установке, подобрать вентагрегат, определить классификационную группу пыли и определить эффективность очистки воздуха в циклоне. Исходные данные представлены в таблицах. L – расход очищаемого воздуха; tм – температура материала (пыли) и воздуха; rм – плотность материала; Сн – начальная концентрация материала в потоке очищаемого воздуха. В табл. 12 представлен дисперсный состав пыли.
Примечания. 1. Температурную зависимость коэффициента динамической вязкости воздуха h, мкПа×с, следует определять по формуле
h= 1,458Т1,5/(Т + 110,4),
где Т – температура, К.
Исходные данные к задаче. Дисперсный
состав пыли к задаче.
Последняя | L, м3/ч | tм, oC | Предпоследняя | rм, | Сн, | Марка |
Цифра З.К. | цифра З.К. | кг/м3 | г/м3 | циклона | ||
1,95 | ЦН-15у |
Размер | Содержание фракции, % по массе, при последней цифре номера З.К. |
d, мкм | |
< 2,5 | |
2,5 – 4,0 | |
4,0 – 6,3 | |
6,3 – 10 | |
10 – 16 | |
16 – 25 | |
25 – 40 | |
40 – 63 | |
63 – 100 | |
>100 |
Решение:
1. Циклон ЦН-15у, по табл. П.3 определяем оптимальную скорость движения воздуха в сечении циклона v0 = 3,5 м/с.
Таблица П.4. Оптимальные скорости движения воздуха и КМС z циклонов диаметром 500 мм
Марка | Скорость дви- | Значения z циклонов | |||||
Циклона | жения воздуха, м/с | с выбросом в атмосферу | с улиткой на выхлопной трубе | групповая установка | |||
v0 | vвх | z0 | zвх | z0 | zвх | z0 | |
ЦН-15у | 3,5 | - | 8,2 | 7,5 |
2. Определяем расчетную площадь сечения циклонов F0p ,м2:
F0p = L/3600/v0 = 10000/3600/3,5 = 0,79 м2.
где L – расход очищаемого воздуха, м3/ч.
3. Определяем расчетный диаметр циклона Dр, м, задаваясь числом циклонов n = 3:
Dр = (4F0p/p/n)0,5 = (4*0,79/3,14/3)0,5 = 0,58 м.
Принимаем D = 600 мм.
4. Вычисляем действительную скорость воздуха в циклоне
v0 = 4L/3600/p/D2/n = 4*10000/3600/3,14/(0,6*0,6)/3 = 3,27 м/с.
Отклонение от оптимальной скорости составляет
dv = [(3,5 – 3,27)/3,5]*100 = 6,57 %,
то есть находится в допустимом диапазоне (не более 15%).
5. Принимаем прямоугольную компоновку с отводом очищенного воздуха из общего коллектора Dz0= 35.
6. Определяем аэродинамическое сопротивление циклона Dрц, Па, по формуле
Dрц = zц(r(v0)2/2) = 190*1,168*3,27*3,27/2 = 1186 Па.
где
zц = k1k2z0 + Dz0 = 1,0*0,917*170 + 35 = 190
где k1 = 1,0 - коэффициент, зависящий от диаметра циклона; k2 = 0,917 - поправочный коэффициент на запыленность воздуха; z0 = 170 - КМС циклона D = 500 мм (по таблице); Dz0 = 35 коэффициент, зависящий от принятой компоновки группы циклонов (по таблице); плотность воздуха при температуре t = 29 оС: r = 353/(273,15 + 29) = 1,168 кг/м3.
7. Для выбранного типа циклона по графику определяем диаметр частицы d50 с эффективностью улавливания 50 % при D = 500 мм и условиях эксперимента: плотности пыли rп = 2670 кг/м3 и температуре 20 оС (коэффициент динамической вязкости воздуха m = 17,75×10-6 Па×с): d50 = 3,5 мкм.
Для определения эффективности циклона других диаметров D¢ = 600 мм и скорости движения воздуха v0¢= 3,27 м/с, его вязкости m¢= 18,5×10-6 Па×с и плотности пыли rп¢= 3100 кг/м3 вычисляем новое значение d50¢:
d50¢ = 548,5d50 (D¢m¢ v0/ v0¢/rп¢)0,5 =
= 548,5*3,5(600*18,5×10-6*3,5/3,27/3100)0,5 = 3,7 мкм.
После этого на графике находим точку с координатами h = 50 %, d50¢ = 3,7 мкм, из этой точки проводим линию, параллельно линии d = f(h) для выбранного типа циклона, по которой определяем фракционную эффективность hф.i,%:
d = 4 мкм – hф.1 = 51,0 %, d = 6,3 мкм – hф.2 = 68,0 %, d = 10,0 мкм – hф.4 = 83,5 %, d = 16 мкм – hф.4 = 92,7 %, d = 25 мкм – hф.5 = 97,3 %, d = 40 мкм – hф.6 = 99,4 %, d = 63 мкм – hф.7 = 99,8 %, d = 100 мкм – hф.8 = 100 %, d > 100 мкм – hф.9 = 100 %.
Фракционная эффективность циклонов НИИОГАЗ: 1-ЦH 11; 2-ЦН 15; 3-ЦH 15у; 4- ЦН 24; 5-СДК-ЦНЗЗ; 6 - СК-ЦН-34
8. Определяем степень очистки воздуха в циклоне по формуле:
h = S hф.iФi/100 = 51,0*4/100 + 68,0*7/100 + 83,5*12/100 + 92,7*18/100 +
+ 97,3*22/100 + 99,4*14/100 + 99,85*10/100 + 100*10/100 +
+ 100*7/100 =2,04+4,76+10,02+16,68+21,4+13,91+9,98+10+7= 95,79 %.
9. Классификационную группу дисперсности определяем, используя номограмму пыли. Рассматриваемая пыль относится к IV классификационной группе.
Задача №8.
Выполнить расчет системы пневмотранспорта (СПТ) древесных отходов с цилиндрическим коллектором-сборником. Подобрать очистное оборудование и вентагрегат. Составить аксонометрическую схему и эскиз плана цеха с размещенным вентиляционным оборудованием. План цеха с оборудованием представлен на рис. П4. Исходные данные представлены в таблицах; Gм – расход материала, поступающего в стружкоприемник; Vmin – минимальная транспортирующая скорость; mр - рекомендуемая расходная концентрация материала на соответствующем участке СПТ. В в графе «Отм.» указана отметка расположения стружкоприемника.
Исходные данные к задаче
Последняя | Номер | L1, | L2, | Предпоследняя | Номер оборудования, отметка | |||||
цифра З.К. | схемы | м | м | цифра З.К. | A | Отм. | B | Отм. | C | Отм. |
0,7 | 0,8 | 0,5 |
Исходные данные к задаче.
Позиция на плане | Gм, кг/ч | Vmin, м/с | mр, кг/кг | Позиция на плане | Gм, кг/ч | Vmin, м/с | mр, кг/кг |
0,20 | 0,24 | ||||||
0,21 | 0,25 | ||||||
0,22 | 0,26 | ||||||
0,23 | - | - | - | - |
Рис.П4.
Решение:
1. Определяем длину участков СПТ. На плане, выполненном в масштабе, прокладываем трассы воздуховодов от коллектора к стружкоприемникам и от коллектора к циклону и вентилятору. Измеряем длину горизонтальных участков и складываем с длиной вертикальных участков.
Участок №1: l1 = 2,5 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 7,1 м.
Участок №2: l2 = 4,5 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 9,1 м.
Участок №3: l3 = 8,8 +(5,0 – 0,8) + 0,3 = 13,3 м.
Участок №4: l4 = 1,7 + (5,0 – 0,5) +0,3 = 6,5 м.
Участок №5: l5 = 2,0 + (5,0 – 0,8) + 0,3 = 6,5 м.
Участок №6 (Участок № n+1): l7 = 6,5 + 2,0 + (5,0 – 0,3 – 0,5 – 3,5) +
+ (4,0 – 1,0) = 12,2 м.
2. Зная расход материала Gм, кг/ч, и концентрацию материала в потоке воздуха mр, кг/кг, определяют расход воздуха в ответвлениях Lв, м3/ч:
Lв = Gм /mр/rв.
Участок №1: L1 = 180/0,21/1,2 = 714 м3/ч.
Участок №2: L2 = 180/0,21/1,2 = 714 м3/ч.
Участок №3: L3 = 210/0,25/1,2 = 700 м3/ч.
Участок №4: L4 = 220/0,26/1,2 = 705 м3/ч.
Участок №5: L5 = 210/0,25/1,2 = 700 м3/ч.
3. Определяем диаметры воздуховодов на ответвлениях:
Участок №1: d1 = (4*714/3600/3.14/17,0)0,5 = 0,118 м ® 100 мм.
Участок №2: d2 = (4*714/3600/3.14/17,0)0,5 = 0,118 м ® 100 мм.
Участок №3: d3 = (4*700/3600/3.14/17,0)0,5 = 0,120 м ® 100 мм.
Участок №4: d4 = (4*705/3600/3.14/18,0)0,5 = 0,117 м ® 100 мм.
Участок №5: d5 = (4*700/3600/3.14/17,0)0,5 = 0,120 м ® 100 мм.
4. Определяем фактическую скорость на участке vi, м/с, и по данным табл. П.5
Таблица П.5. Значения l/d для расчета воздуховодов пневматического
транспорта из листовой стали
d, мм | Значения l/d при скорости воздуха v, м/с | d, мм | Значения l/d при скорости воздуха v, м/с | ||||
15 - 18 | 18 - 21 | 21 - 25 | 15 - 18 | 18 - 21 | 21 - 25 | ||
0,221 | 0,217 | 0,214 | 0,034 | 0,033 | 0,033 | ||
0,196 | 0,193 | 0,190 | 0,030 | 0,029 | 0,029 | ||
0,167 | 0,164 | 0,162 | 0,026 | 0,025 | 0,025 | ||
0,145 | 0,143 | 0,141 | 0,022 | 0,022 | 0,021 | ||
0,123 | 0,121 | 0,119 | 0,019 | 0,019 | 0,018 | ||
0,106 | 0,104 | 0,103 | 0,016 | 0,016 | 0,016 | ||
0,092 | 0,091 | 0,090 | 0,014 | 0,014 | 0,014 | ||
0,080 | 0,079 | 0,078 | 0,012 | 0,012 | 0,012 | ||
0,070 | 0,069 | 0,068 | 0,011 | 0,011 | 0,010 | ||
0,061 | 0,060 | 0,059 | 0,009 | 0,009 | 0,009 | ||
0,053 | 0,052 | 0,051 | 0,008 | 0,008 | 0,008 | ||
0,045 | 0,045 | 0,044 | 0,007 | 0,007 | 0,007 | ||
0,039 | 0,038 | 0,038 | - | - | - | - |
определяем величину l/d и рассчитываем ll/d. Результаты вычислений заносим в табл. П.6.
5. Производим расчет коэффициентов местных сопротивлений на участках ответвлений СПТ. На всех ответвлениях будут следующие местные сопротивления:
- стружкоприемник КМС = 1,0;
- три отвода на 90о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45;
- внезапное расширение при входе в коллектор КМС = 0,5.
Итого на ответвлениях Szj = 1,0 + 0,45 + 0,5 = 1,95
Таблица П.6. Аэродинамический расчет системы пневмотранспорта
Наиме- нование станка | Номер участка | Принятые значения | Расчетные значения | |||||
длина l, м | расход L, м3/ч | скорость vmin, м/с | диам. d, мм | скорость v, м/с | l/d | zэкв = ll/d | ||
7,1 | 17,0 | 17,8 | 0,221 | 1,56 | ||||
9,1 | 17,0 | 17,8 | 0,221 | 2,01 | ||||
13,3 | 17,0 | 17,1 | 0,221 | 2,93 | ||||
6,5 | 18,0 | 18,2 | 0,217 | 1,41 | ||||
6,5 | 17,0 | 17,1 | 0,221 | 1,43 | ||||
12,2 | 18,0 | 20,0 | 0,069 | 0,84 |
Окончание таблицы П.6.
Расчетные значения | Исправленные значения | ||||||
Szj | рд, Па | потери Dр, Па | невязка dр, % | диаметр d¢, мм | скорость v¢, м/с | расход, L¢, м3/ч | примечание |
1,95 | 666,9 | 17,8 | |||||
1,95 | 752,4 | 12,8 | 17,79 | ||||
1,95 | 858,8 | 28,7 | 15,09 | ||||
1,95 | 668,6 | 0,2 | 18,2 | ||||
1,95 | 594,8 | 10,8 | 18,13 | ||||
0,88 | 335,4 |
6. Зная скорость воздуха на участке vi, рассчитываем динамическое давление рдi = rvi2/2, (Па) и по формуле
Dрi = (zэкв + Szj)ipдi,
где zэкв = l(l/d); l/d – определяют по таблице П.8; l – длина участка воздуховода, м; d – диаметр воздуховода на i-ом участке, м; Szj – сумма коэффициентов местных сопротивлений на i-ом участке
определяем потери давления на участках ответвлений. Результаты заносим в табл. П.6.
7. Определяем величину невязки по отношению к ответвлению с наибольшими потерями давления (по отношению к первому ответвлению):
dрi = [(Dp1 - Dpi)/Dp1]×100, %.
Для участка №2: dр2 = [(Dp1 - Dp2)/Dp1]×100 = [(666,9 – 752,4)/666,9]*100 = 12,8 %. Результаты заносим в табл. П.6.
8. Так как на всех ответвлениях величина невязки превышает 5 % (кроме участка №4), то необходимо выполнить увязку ответвлений. Увязку выполняем увеличением расхода воздуха на ответвлениях. По формуле
vi¢ = [2Dp1/r/(zэкв + Szj)i ]0,5 .
определяем исправленное значение скорости v¢, м/с, и по формуле
L¢ = 900pd2×v¢,
определяем исправленное значение расхода воздуха L¢, м3/ч. Например, для участка №2:
v2¢ = [2Dp1/r/(zэкв + Szj)2 ]0,5 = [2*666,9/1,2/(1,56 + 1.95)]0,5 = 17,79 м/с.
L2¢ = 900pd22×v2¢ = 900*3,14*0,100*0,100*17,79 = 503 м3/ч.
Результаты вычислений заносим в табл. П.6
9. Приступаем к расчету магистрали – участок №7. Для обеспечения устойчивого транспортирования всех частиц принимаем минимальное значение транспортирующей скорости равным наибольшему значению на участках ответвлений – то есть vmin.7 = 18 м/с. Суммируя исправленные расходы воздуха на ответвлениях определяем расход воздуха на магистрали
L7 = 714 + 714 +700 + 705 + 700 = 3533 м3/ч.
Определяем диаметр воздуховода:
d6 = (4*3533/3600/3.14/18,0)0,5 = 0,263 м ® 250 мм.
Определяем скорость воздуха на участке магистрали:
v7 = 4*3533/3600/3,14/(0,250*0,250) = 20 м/с.
Результаты заносим в табл. П.6.
Определяем виды местных сопротивлений на магистрали:
- переход от коллектора к воздуховоду КМС = 0,43
- три отвода на 90о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45.
Итого на участке №7: Szj = 0,43 + 0,45 = 0,88.
Определяем потери давления на участке магистрали:
Dр7 = (0,069*12,2 + 0,88)*195 = 335,4 Па.
10. По формуле
Dpсети = Dp1 (1 + Кmр.1) + Dpn+1(1 + Кmр.n+1) + mр.1rвz,
где rв – плотность воздуха, кг/м3; z – высота подъема частиц, м; К – коэффициент, зависящий от свойств транспортируемого материала и условий транспортирования (для цеховых СПТ древесных отходов К = 1,4).
определяем потери давления в сети воздуховодов СПТ:
Dpсети = Dp1 (1 + Кmр.1) + Dp7(1 + Кmр.7) + gmр.1rвz =
= 666,9(1 + 1,4*0,21) + 335,4(1 + 1,4*0,235) + 9,81*0,21*1,2*(5,0 – 0,8) =
= 862,9 + 452,8 + 10,6 = 1326,2 Па.
mр.7 = (SGм.i)/L7/rв = (180*2 + 210*2 + 220)/3533/1,2 = 0,235 кг/кг.
11. Подбираем очистное устройство – циклон типа «Ц» Гипродревпрома. Принимаем скорость воздуха во входном патрубке vвх = 18 м/с и определяем расчетную площадь патрубка Fвхр
Fвхр = 3533/3600/18 = 0,054 м2 ® циклон Ц-675, Fвх = 0,0533 м2.
Определяем фактическую скорость движения воздуха во входном патрубке циклона
vвх = 3533/3600/0,0533 = 18,4 м/с.
Определяем потери давления в циклоне при одиночной установке и выбросе воздуха в атмосферу, zвх = 5,4.
Dро.у = 5,4*(18,4*18,4)*1,2/2 = 1096,9 Па.
12. По формуле
DpСПТ = 1,1(Dpсети + Dpо.у ). определяем потери давления в СПТ
DpСПТ = 1,1(Dpсети + Dpо.у ) = 1,1*(1326,2 + 1096,9) = 2665,4 Па.
13. По величине суммарных потерь DpСПТ = 2665 Па и суммарном расходе воздуха
LСПТ = 1,1*3533 = 3886 м3/ч подбираем радиальный пылевой вентилятор ВЦП6-45-5 (агрегат П.5.100-4).
|
Задача №3.
Рассчитать следующие виды местных отсосов:
а) верхний, боковой и нижний от источника, имеющего форму параллелепипеда с поверхности, которого выделяется теплота и вредные газы. Исходные данные представлены в таблицах 1 и 2: a, b, h – соответственно длина, ширина и высота источника вредностей; Vв - скорость движения воздуха в РЗ; М – интенсивность источника вредности; ПДК – предельно допустимая концентрация вредности в РЗ; температура горизонтальной и вертикальной поверхности источника вредности; tв - температура РЗ.
б) бортовой отсос, активированный бортовой отсос и кольцевой отсос от ванны с раствором. Диаметр цилиндрической ванны необходимо определить из условия равенства площадей поверхности зеркала раствора в цилиндрической и прямоугольной ваннах. Исходные данные представлены в таблице 3: Bp, l – расчетная ширина и длина ванны; hр – высота стояния уровня; tп, tв – температура поверхности раствора и температура РЗ; Кт - коэффициент токсичности раствора. В последнем столбце таблицы 3 указан способ укрытия поверхности раствора.
Таблица 1. Исходные данные для расчета верхнего, бокового и нижнего отсосов
Последняя | Размеры источника, м | Вред- | М, | ПДК, | |||
Цифра З.К. | a | b | H | Vв, м/с | ность | мг/с | Мг/м3 |
0,80 | 0,50 | 0,24 | 0,32 | SO2 |
Таблица 2. Исходные данные для расчета верхнего, бокового и нижнего отсосов
Предпоследняя | Температура поверхности, оС | tв, | Расстояние на рис.3 | Номер | ||
цифра З.К. | горизонтальн. | вертикальной | oC | X0, | y0, | рис. 3 |
0,40 | 0,7 | а) |
Таблица 3. Исходные данные для расчета бортовых и кольцевых отсосов
Последняя | Размер ванны, м | Высота | tп, | tв, | Кт | Укрытие зеркала | |
Цифра З.К. | Bp | l | hp, м | оС | оС | раствора | |
0,75 | 1,40 | 0,13 | 2,00 | Открыт. поверх. |
Решение: