Определить основные размеры пенного газопромывателя для очистки от пыли

Для создания устойчивого пенного  слоя на решетке необходимо поддерживать скорость газа в свободном сечении  аппарата в пределах 0,8…2,2м/с, при  этом минимальная скорость газов, необходимая  для создания устойчивого пенного  режима на тарелке, составляет порядка 1 м/с. В новейших пенных аппаратах с провальными решетками применяют так называемые стабилизаторы пенного слоя, что позволяет повысить скорость газа до 4 м/с.

На рис. 12 приведен общий вид пенного аппарата со стабилизатором

слоя (ПАСС). В качестве стабилизатора рекомендуется использовать сотовую решетку высотой hст = 60 мм с ячейками размером от 35×35 до 45×45мм.

Рис. 12 Пенный аппарат ПАСС со стабилизатором слоя пены:

1 – корпус; 2 – провальная тарелка; 3 – стабилизатор пены; 4 – ороситель; 5 – брызгоуловитель.

На рис. 13 приведены зависимости высоты слоя пены от скорости движения газа в свободном сечении аппарата. Из графиков видно, что стабилизатор позволяет увеличить высоту слоя почти в 2,5 раза во всем диапазоне скоростей.

Решетки промышленных аппаратов ПАСС могут быть дырчатыми с отверстиями величиной d0 =5...8мм и живым сечением от 14 до 22%, а также трубчатыми с трубами диаметром 20…32мм и промежутками между ними d т = 3,0...6,5мм при живом сечении                S 0=13,0...18,2 %. Аппараты с трубчатыми решетками обозначаются ПАСС-Т, а с дырчатыми - ПАСС-Д. Разработан нормализованный ряд аппаратов ПАСС с корпусами круглого сечения на расход газа             V = 2,5…64 тыс. м³/ч.

Рис. 13. Зависимость высоты слоя пены от скорости газа в

аппарате без стабилизатора (1) и со стабилизатором (2).

 

Расчет гидравлического сопротивления  пенных аппаратов со стабилизатором слоя может быть проведен по зависимости:

 

ΔPобщ=ΔPp+ΔPп+ΔPσ+ΔPa       (3,2)

 

где ΔPp, ΔPп, ΔPσ, ΔPa - потери напора соответственно сухой решетки, слоя пены, за счет сил поверхностного натяжения, корпуса аппарата.

Величина p ΔP (в Па) может быть найдена по формуле:

 

ΔP_р ≈1,82(υ_г⁰)²р_г/2                                             (3,3)

 

где υ_г⁰ - скорость газа в отверстиях решетки, м/с.

                                                                                                   Таблица1 

Потеря напора (в Па) за счет слоя пены на решетке:

 

ΔPп=0,447Н_п ρ_ж g/( υ_г⁰)^0,5                 (3,4)

 

где H_п - высота слоя пены, м; ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³;               υ_г⁰ – скорость газа в отверстиях решетки, м/с.

В уравнении (1.3) высота слоя пены (мм) может быть найдена по за-

висимости:

 

Н_п=4,8 υ_г^0,79 m^0,2/(d₀^0,14S₀^1,9),                      (3,5)

 

где т - плотность орошения, л/м³ газа; d₀ - диаметр отверстий решетки, мм; S₀ - относительная площадь свободного сечения решетки, м²/м².

Потерю напора (в Па) под действием  сил поверхностного натяжения рассчитывают по формуле:

 

ΔP_σ =4σ/ d₀                                             (3,6)

 

где σ - коэффициент поверхностного натяжения, н/м.

Гидравлическое сопротивление  корпуса аппарата рассчитывают по зависимости:

 

ΔP_а = ξ_а υ_г²ρ_г/2,                (3,7)

 

где ξ_а = 25...28 - коэффициент гидравлического сопротивления корпуса аппарата.

Степень фракционной очистки (в %) может  быть рассчитана по зави-

симости:

 

η_ф=1001-87,1(1,37-d_т^0,1)/(Н_п^0,9 υ_г^0,25)

 

где т d - средний эквивалентный размер частиц фракции, мкм; п H - высота

слоя пены, мм; г

υ - скорость газа в сечении аппарата, м/с.

Общую степень очистки следует  определять по уравнению (1,8).

 

ε= δ₁ ε_ф1+ δ₂ ε_ф2+…+ δ_n ε_фn     (3,8)

Технологический расчет пенного газопромывателя

 

Определить основные размеры пенного  газопромывателя для очистки от пыли 50 000 /ч газа при 80ºС. Запыленность газа на входе в аппарат

= 0,01кг/ (при нормальных условиях), степень очистки 0,99.

1. Объемный расход газа, V= 50 000 ч

2. Температура, =80º С

3.Запыленность газа на входе  аппарата, = 0,01кг/

4. Степень очистки, = 0,99.

Решение. Поскольку скорость газа в полном сечении аппарата является основным фактором, от которого зависит хорошее пенообразование и, следовательно, эффективность очистки, важно правильно выбрать расчетную скорость. Верхним пределом допустимой скорости газа является такая его скорость, при которой резко усиливается унос воды в виде брызг. По экспериментальным данным в газопромывателях, имеющих слой пены высотой 30-100 мм, струйный прорыв газа, вызывающий разрушение пены и сильный брызгоунос, начинается при скоростях газа в полном сечении аппарата (под решеткой) от 2,7 до 3,5 м/с.

Чем выше слой пены на решетке и  чем больше свободное сечение решетки, тем большая скорость газа возможна без брызгоуноса. Уменьшение диаметра отверстий (при сохранении постоянного свободного сечения решетки) также способствует уменьшению брызгоуноса. Обычнр верхним пределом является скорость газа под решеткой ~ 3 м/с.

Нижним пределом скорости газа для  пенного аппарата является такая  скорость, при которой сильно уменьшается  пенообразование.

Для пенных газопромывателей с большим  свободным сечением решетки и  большим диаметром отверстий  нижним пределом является такая скорость газа, при которой большая часть жидкости протекает через отверстия, в результате чего высота пены становится ничтожно малой. Для обычных условий нижним пределом расчетной скорости можно считать 1 м/с.

Примем среднюю скорость газа w = 2,3 м/с.

Определяем площадь поперечного  сечения аппарата:

 

f = ;

f=50 000/3600*2,3= 6

 

Газоромыватель может быть круглого или прямоугльного сечения. В  коуглом аппарате обеспечивается более  равномерный поток газа, в прямоугольном - лучшее распределение жидкости.

 

 

Примем аппарат прямоугольного сечения размером 3х2 м с подачей  воды посередине (рис.10). Для лучшего распределения газа по площади аппарата ввод газа осуществляется через диффузор. Расчет количества подаваемой воды проводится различно, в зависимости от температуры поступающего газа. Для холодного газа наибольшее влияние на расход оказывают гидродинамические факторы, для горячего газа расход воды определяется тепловым балансом. При очистке от пыли газов, имеющих температуру ниже С, расчет количества подаваемой воды проводят, исходя из гидродинамики процесса и материального баланса газоочистки. В обычных условиях для сохранения достаточной равномерности пенообразования по всей решетке необходимо, чтобы через отверстия протекало не больше 50% подаваемой воды, так как слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Расход воды в газопромывателе складывается из расхода воды, идущей в утечку, и расхода воды, идущей на слив с решетки. Испарением воды при заданной температуре газа можно пренебречь.

Количества воды, протекающей через  отверстия решетки, определяется массой уловленной пыли и заданным составом суспензии, а затем подбирается  решетка с таким свободным сечением, диаметром отверстий и прочими данными, чтобы обеспечивать установленную утечку.

При заданной степени очистки  концентрация пыли в газе после газопромывателя определяется по формуле:

 

= (1- ) = 0,01 (1 - 0,99) = 0,0001кг/

 

Количество улавливаемой пыли:

 

= ( - ) = 50000*273/(273+80)* (0,01 - 0,0001) = 383 кг/ч

 

Если известна концентрация суспензии  с = Т: Ж (в кг/кг), то утечка , т.е. объем воды, необходимый для образования суспензии (в /ч), определяется по уравнению:

 

 =

 

Концентрация пыли отнесена к объему газа перед аппаратом приведенному к нормальным условиям. Она незначительно отличается от запыленности газа (в кг/ ) после аппарата, так как количество газа после апарата увеличивается на 1 - 2 % за счет испарения воды в газопромывателе.

Где К - коэффицент распределения пыли между утечкой и сливной водой, выраженный отношением количества пыли, попадающей в утечку, к общему количеству уловленной пыли; обычно К = 0,6: 0,8

Концентрация суспензии, как правило, находится в пределах отношения  Т: Ж = (1: 5): (1: 10). Получение суспензии с Т: Ж >1: 5 может вызвать забивание отверстий решетки (особенно мелких). Получение суспензии с Т: Ж<1: 10 нерационально ввиду ее слишком больших объемов.

Примем

с = 1: 8= 0,125 кг/кг и К = 0,7.

 

Тогда

 

=0,7*383/1000*0,125=2,14 /ч

 

На всю решетку или

 

2,14/6 = 0,36 / ( /ч) на 1 решетки.

Вследствие трудности определения  параметров решетки по заданной утечке, а также учитывая частичное испарение воды после еепротекания через решетку, возьмем

коэффицент запаса ~1,5 т.е. примем

 

= 1,5* 2,14 3,3 /ч, или

0,55 / ( /ч)

 

Количество сливной воды определяется по формуле: = ib

Где i – интенсивность потока на сливе с решетки, (м³/м*ч); b – ширина решетки перед сливом, равная длине сливного порога, м.

Принимая i=1 м³/(м*ч), находим  для выбранного типа  аппарата

(слив на обе стороны):

 

= 1*2* 2 =4 /ч

 

Общий расход воды:

 

L = 3,3 + 4 = 7,3 /ч

 

Удельный расход воды:

 

= 7300/50000=0,146 / газа,

 

Утечка составляет от общего расхода  воды L:

 

= 100 = 45 %

что пиемлимо (должно быть L≥2Lу).

Основные характеристики решетки (диаметр и шаг отверстий) подбирают, исходя из необходимой утечки.

Установлено, что утечка воды возрастает с увеличением диаметра отверстий  d_o и высоты исходного слоя*жидкости на решетке h_o.

Утечка сильно возрастает при уменьшении скорости газа в отверстиях ниже 4-6 м/с и резко снижается при увеличении скорости газа выше 13-15 м/с, что может вызвать забивание решетки пылью. Кроме того, повышение скорости газа в отверстиях при небольшом слое воды (пены) на решетке, характерном для газопромывателей, приводит к  струйному прорыву газа и сильному брызгообразованию.

Для обеспечения нормальной работы газопромывателя скорость газа в крупных отверстиях решеток следует выбирать в пределах 8-13 м/с, а для решеток с более мелкими отверстиями в пиделах 7-10 м/с, в зависимости от исходной запыленности газа, возможных колебаний газовой нагрузки и других условий.

Учитывая значительную концентрацию пыли в газе (10 г/м³ при нормальных условиях) и относительно большую  легкость изготовления решеток с крупными отверстиями (меньше отверстий и легче сверловка их), устанавливаем решетку с крупными отверстиями, для которых рекомендуются расчетные скорости газа 8-13 м/с. Считая, что колебания в нагрузке аппарата по газу будет происходить, в основном, в сторону снижения (обычные условия), выбираем

скорость газа = 12м/с.

Тогда отношение площади свободного сечения решетки к площади сечения аппарата f составит:

 

= = = 0,2,

 

Где z = 0,95 - коэффицент, учитывающий, что 5% площади свободного сечения занимают опоры решетки, переливные стенки и т.д.

При разбивке отверстий решетки  по шестиугольнику с шагом t заштрихованная площадь:

 

S = tx = t *2 = 1,73

 

На эту площадь приходится два  отверстия диаметром  . Площадь отверстий:

 

= 2* 0,785 =1,57 .

 

Как было найдено выше, отношение / S должно составлять 0,2:

 

= 0,2,

 

Откуда

 

t = ,

 

При диаметре отверстий  = 5мм

 

t = = 10,7 11мм.

Высота порога на сливе с решетки  устанавливается из расчета создания слоя пены сливом высотой 60-100 мм (в зависимости от заданной степени очистки).

Подсчитаем, какова должна быть высота слоя пены на решетке, чтобы обеспечить заданную степень очистки  = 0,99.

Коэффицент скорости пылеулавливания

 

= = = 4,5м/с.

 

Связь между коэффицентом и высотой слоя пены Н при улавливании гидрофильной пыли со средним размером частиц 15 - 20 мкм выражается эмпирической формулой:

 

Н = - 1,95w + 0,09 = 4,5 - 1,95*2,3 + 0,09 = 0,1м

 

С другой стороны, для пылеуловлителей

 

Н = 0,806

 

где - высота исходного слоя воды на решетке, м.

=(H/0,806*w^0,5)^1/0,6=( 0,1/0,806*2,3^0,5)^1/0,6= 0,013 м.

Высота исходного слоя жидкости связана с интенсивностью потока на сливе и с высотой порога h_п эмпирической зависимостью:

= + h_п,

 

Высоту порога (в мм) можно рассчитать по формуле:

 

= 2,5 - 7,5

 

В нашем случае: w = 2,3 м/с, i= 1 / (м ч)

Тогда высота порога:

 

= 2,5 13 - 7,5 = 25 мм

 

Для обеспечения работы аппарата при  колебаниях его режима примем высоту порога 30 мм.

Общая высота газопромывателя складывается из высот отдельных частей его: надрешеточной  , подрешеточной и бункера . Эти высоты определяются конструктивно: - в зависимости от брызгообразования и размеров брызгоуловителя, - в зависимости от конструкции подвода газа, - в зависимости от свойств суспензии.

 

Заключение

 

В практике химических производств  нередко приходится подвергать разделению неоднородные газовые системы (пыли и туманы). Газы можно очищать от взвешенных в них твердых или жидких частиц под действием сил тяжести, центробежных и электростатических сил, а также промывкой и фильтрацией газов. Промышленное осуществление каждого из этих способов связано с применением соответствующей аппаратуры: газовых отстойников, центробежных пылеосадителей, электрических фильтров, гидравлических пылеуловителей и газовых фильтров.Выбор аппарата для очистки газов определяется рядом факторов, главными из которых являются размеры улавливаемых частиц и заданная степень очистки газов. Исходя из этих параметров, можно ориентировочно выбирать газоочистительные устройства по данным, приведенным в таблице.