Задача №7

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; t_м – температура материала (пыли) и воздуха; r_м – плотность материала; С_н – 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= 1,458Т^1,5/(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 F₀^p ,м²:

F₀^p = L/3600/v₀ = 10000/3600/3,5 = 0,79 м².

где L – расход очищаемого воздуха, м³/ч.

3. Определяем расчетный диаметр циклона D^р, м, задаваясь числом циклонов n = 3:

D^р = (4F₀^p/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 Dр_ц, Па, по формуле

Dр_ц = z_ц(r(v₀)²/2) = 190*1,168*3,27*3,27/2 = 1186 Па.

где

z_ц = 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 r_п = 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 r_п¢= 3100 кг/м³ вычисляем новое значение d₅₀¢:

d₅₀¢ = 548,5d₅₀ (D¢m¢ v₀/ v₀¢/r_п¢)^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 h_ф.i,%:

d = 4 мкм – h_ф.1 = 51,0 %, d = 6,3 мкм – h_ф.2 = 68,0 %, d = 10,0 мкм – h_ф.4 = 83,5 %, d = 16 мкм – h_ф.4 = 92,7 %, d = 25 мкм – h_ф.5 = 97,3 %, d = 40 мкм – h_ф.6 = 99,4 %, d = 63 мкм – h_ф.7 = 99,8 %, d = 100 мкм – h_ф.8 = 100 %, d > 100 мкм – h_ф.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 h_ф.iФ_i/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; G_м – расход материала, поступающего в стружкоприемник; V_min – минимальная транспортирующая скорость; m_р - 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 G_м, кг/ч, и концентрацию материала в потоке воздуха m_р, кг/кг, определяют расход воздуха в ответвлениях L_в, м³/ч:

L_в = G_м /m_р/r_в.

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 v_i, 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 90^о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45;

- внезапное расширение при входе в коллектор КМС = 0,5.

Итого на ответвлениях Sz_j = 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 v_i, рассчитываем динамическое давление р_дi = rv_i²/2, (Па) и по формуле

Dр_i = (z_экв + Sz_j)_ip_дi,

где z_экв = l(l/d); l/d – определяют по таблице П.8; l – длина участка воздуховода, м; d – диаметр воздуховода на i-ом участке, м; Sz_j – 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):

dр_i = [(Dp₁ - Dp_i)/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

v_i¢ = [2Dp₁/r/(z_экв + Sz_j)_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/(z_экв + Sz_j)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 v_min.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 90^о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45.

Итого на участке №7: Sz_j = 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

Dp_сети = Dp₁ (1 + Кm_р.1) + Dp_n+1(1 + Кm_р.n+1) + m_р.1r_вz,

где r_в – 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:

Dp_сети = Dp₁ (1 + Кm_р.1) + Dp₇(1 + Кm_р.7) + gm_р.1r_вz =

= 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.

m_р.7 = (SG_м.i)/L₇/r_в = (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 v_вх = 18 м/с и определяем расчетную площадь патрубка F_вх^р

F_вх^р = 3533/3600/18 = 0,054 м² ® циклон Ц-675, F_вх = 0,0533 м².

Определяем фактическую скорость движения воздуха во входном патрубке циклона

v_вх = 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

Dp_СПТ = 1,1(Dp_сети + Dp_о.у ). определяем потери давления в СПТ

Dp_СПТ = 1,1(Dp_сети + Dp_о.у ) = 1,1*(1326,2 + 1096,9) = 2665,4 Па.

13. По величине суммарных потерь Dp_СПТ = 2665 Па и суммарном расходе воздуха

L_СПТ = 1,1*3533 = 3886 м³/ч подбираем радиальный пылевой вентилятор ВЦП6-45-5 (агрегат П.5.100-4).

	Рис. П.5. План и разрез цеха

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; V_в - скорость движения воздуха в РЗ; М – интенсивность источника вредности; ПДК – предельно допустимая концентрация вредности в РЗ; температура горизонтальной и вертикальной поверхности источника вредности; t_в - 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: B_p, l – расчетная ширина и длина ванны; h_р – высота стояния уровня; t_п, t_в – температура поверхности раствора и температура РЗ; К_т - 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: