Расчет циклона. 3

Министерство  образования и науки Украины 

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет 
 
 

Кафедра экологии 
 

КУРСОВАЯ РАБОТА 

на тему  

« Расчет циклона» 

по дисциплине «Процессы пылегазоулавливания» 
 
 
 
 
 
 

                                                                          Выполнил:

                                                                                   ст. гр. ДЭК - 31

                                                                                    Медникова В. Д. 
 

                                                                         Проверил:

                                                                             Лисьев В. Н. 
 
 
 

Харьков, 2009 
 

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ  

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Дорожно-строительный факультет 

Кафедра экологии 

Задание 

на выполнение курсовой работы по дисциплине «Процессы  пылегазоулавливания» студентке                                                                        

группы                         . 

Исходные  данные для разработки курсовой работы: 

1. Объем  очищаемой дисперсной   среды,  м/ч 28000

2. В  соответствии с методическими  указаниями (МУ) к курсовой работе  по дисциплине «Процессы пылегазоулавливания»  производим расчет циклической  конструкции НИИОгаза с индивидуальным заданием                 (табл. 15МУ): 

а) тип  циклона ЦН-15

б) температура  дисперсной среды 150 С

в) Свхода =                                      Свыхода= 

3. Начертить  схему циклона в масштабе 1:25.Графическая  часть должна быть выполнена  на листе формата А1. Начертить рис.1 на формате А4, а рис.2а         на А1 (со своими размерами). 

Состав  работы: 

  1. Расчетно-пояснительная  записка.
  2. Лист задания к курсовому проектированию.
  3. Расчет циклона.
  4. Графический чертеж циклона (А4, А1).
 
 
 

    Задание выдал                                                        доц. Лисьев В. Н.

    Задание принял                                                      студ. Медникова В. Д. 
     
     
     
     

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………

  1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ……………………………………….....
  2. ИСТОЧНОКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ…………………………………………..
  3. ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ……………………………….
  4. ЦИКЛОНЫ ТИПА ЦН – 15………………………………………………..
  5.        4.1.Эксплуатация циклонов НИИОгаз ЦН – 15………………………...
  6.        4.2. Выгрузка пыли из бункера циклона…………………………………
  7. ЦИКЛОНЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ………………...
  8. ОБЕСПЫЛИВАНИЕ В ЦЕМЕНТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ……………...
  9. РАСЧЕТ ЦИКЛОНА……………………………………………………….
  10. ГРАФИКИ (А4,А1)…………………………………………………………

ВЫВОДЫ…………………………………………………………………………..

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………….. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

    Различные производственные процессы могут загрязнять атмосферный воздух взвешенными  твердыми или жидкими частицами, которые делятся на пыль, дым и  туман.

    Среди проблем защиты окружающей среды  наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух ухудшает экологические условия, приводит к преждевременному износу основных фондов промышленности, объектов жилищьно-коммунального хозяйства и т.д.

    Основным  мероприятием по защите атмосферы от вредных выбросоа является применение технических средств. Для улавливания взвешенных частиц применяется различная аппаратура, в составе которой значительное место занимают циклонные аппараты, которые являются наиболее актуальными для сухого механического пылеулавливания.

     Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных в процессе изучения курса «Процессы пылегазоочистки» и приобретение практических навыков самостоятельного решения по оценке влияния, вследствие деятельности одного из предприятий дорожно-строительного комплекса  на природную окружающую среду. А также усвоение методов подбора технических средств и расчет их габаритов, необходимых для очистки выбросов в цементной промышленности, деятельность которых направлена на снижение вредного воздействия завода на окружающую среду.

      Одной из главных задач охраны окружающей среды является обеспечение нормальной работы пылеочистных установок на заводе, так как пыль является основным источником загрязнения. Источники загрязнения делятся на организованные и неорганизованные. Первые выбрасывают вредные вещества в атмосферу через трубы или шахты, вторые - с больших площадей (склады каменных материалов). Существуют источники загрязнения водной среды: от поверхностного стока с территории завода; оборотная вода от промывки материалов.

     Для предупреждения загрязнения пылью  воздуха необходимо: по возможности  ограничить выброс в атмосферу отходящих  газов и запыленного вентиляционного воздуха; применять герметичные устройства при транспортировке пылящих материалов; не применять складов для пылящих материалов. 
 
 
 
 
 
 

 

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ 

     Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей  природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей  приземного слоя атмосферы, сложившуюся  в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

     Результаты  экологических исследований, как  в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение  приземной атмосферы – самый  мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

     В последние годы получены данные о  существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.

     Атмосфера оказывает интенсивное воздействие  не только на человека и биоту, но и  на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные  объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

     Загрязненная  приземная атмосфера вызывает рак  легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.

     Основные  агенты воздействия атмосферы на гидросферу – атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.

     Отрицательное влияние загрязненной атмосферы  на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, учрежденной в 1980 году многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы.

     Основные кислотные агенты

– разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов  серы и азота с участием пероксида  водорода. 
 

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ 

     К природным источникам загрязнения  относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.

     Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая и флюидная активность Земли Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару.

     Продолжительность загрязненного состояния атмосферы  после крупных вулканических  извержений достигает нескольких лет.

     Антропогенные источники загрязнения обусловлены  хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести: 

     1. Сжигание горючих ископаемых, которое  сопровождается выбросом 5 млрд. т.  углекислого газа в год. В  результате этого за 100 лет (1860 – 1960 гг.) содержание СО2 увеличилось  на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние  три десятилетия темпы этих  выбросов значительно возросли. При таких темпах к

2000 г.  количество углекислого газа  в атмосфере составит не менее  0,05%.

     2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых  углей в результате выделения  сернистого газа и мазута образуются  кислотные дожди.

     3. Выхлопы современных турбореактивных  самолетов с оксидами азота  и газообразными фторуглеводородами  из аэрозолей, которые могут  привести к повреждению озонового  слоя атмосферы (озоносферы).

     4. Производственная деятельность.

     5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

     6. Выбросы предприятиями различных  газов.

     7. Сжигание топлива в факельных  печах, в результате чего образуется  самый массовый загрязнитель – монооксид углерода.

     8. Сжигание топлива в котлах  и двигателях транспортных средств,  сопровождающееся образованием  оксидов азота, которые вызывают  смог.

     9. Вентиляционные выбросы (шахтные  стволы).

     10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В больших количествах озон является высокотоксичным газом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ 

     Газоочистные и пылеулавливающие установки разделяют на технологические и санитарные. Установки технологической очистки – это сооружения и аппараты, включенные в технологический процесс и исключающие газовые выбросы в атмосферу. Установки санитарной очистки – это сооружения и аппараты, препятствующие вредным технологическим и вентиляционным выбросам, а также служащие для возврата сырья.

     В основе многих технологических методов  очистки газов лежат процессы взаимодействия газов с жидкими или твердыми поглотителями, а также процессы химического превращения ядовитых примесей в нетоксичные соединения при высоких температурах или в присутствии катализаторов. В связи с этим наибольшее распространение при очистке газов получили абсобционные, адсокционные и каталитические методы.

     Каталитический  метод восстановления окислов азота  применяют в нескольких системах получения азотной кислоты при давлении 3,5х205 Па. В схемах используют отечественные марки катализаторов на основе палладированной окиси алюминия.

     Среди методов очистки промышленных выбросов от сернистого ангидрида следует назвать следующие: 

  • аммиачные методы, позволяющие одновременно с  очисткой газов от SO2 получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются как товарне продукты либо разлагаются кислотой с образованием высококонцентрированной SO2 и соответствующей соли;
  • методы нейтрализации сернистого ангидрида, позволяющие одновременно получать сульфиты и сульфаты, что обеспечивает высокую степень очистки газов, но получаемые продукты имеют ограниченный спрос в народном хозяйстве;
  • каталитические методы, основанные на окислении сернистого ангидрида в присутствии катализаторов с получением разбавленной серной кислоты.
 

   Тот или иной метод очистки от сернистого ангидрида должен быть выбран с учетом местных условий, наличия поглотителей и потребности в получаемых продуктах.

   В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основне группы: 

  • пылеосадительные камеры и циклоны;
  • аппараты мокрой очистки газов;
  • пористые фильтры;
  • электрические фильтры.

   Из  инерционных аппаратов центробежного  типа наибольшее распространение получили циклоны. В отечественной практике применяются различные циклоны. При очистке большого количества газов для достижения высокой степени улавливания пыли устанавливают группу циклонов относительно небольшого диаметра – так называемые батарейные циклоны, состоящие из большого числа паралельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий коллектор для подвода, отвода газов и общий бункер для сбора пыли.

   Батарейные  циклоны можно устанавливать  только в тех случаях, корда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и не смачивается. В противном случае элементы циклона забиваются, и работа его затрудняется.

   Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

   Отдельные виды таких аппаратов, например, турбулентные газопромыватели, когут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм. По степени очистки они могут быть не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры нельзя применять из-за высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

   В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами улавливаются паро- и газокомпоненты.

   К недостаткам мокрой очистки можно  отнести необходимость обработки образующихся сточных вод и защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред, а также повышенный брызгоунос. Однако, несмотря на эти

недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом  применяют в химической промышленности и в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ЦИКЛОНЫ ТИПА ЦН - 15 

     Циклоны ЦН-15 являются наиболее универсальными и распространёнными аппаратами газоочистки, широко применяемыми для отделения пыли от газов и воздуха (в том числе и аспирационного) в самых различных отраслях промышленности; в чёрной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике, деревообработке. Циклоны ЦН-15 применяются при следующих технологических процессах: сушка, обжиг, агломерация, сжигании топлива и т.д.

     Циклонные аппараты вследствие дешевизны и  простоты устройства и эксплуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производительности являются наиболее распространенным типом механического пылеуловителя. Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами: отсутствие движущихся частей; надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных изменений; пыль улавливается в сухом виде; возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами; возможность работы циклонов при высоких давлениях; стабильная величина гидравлического сопротивления; простота изготовления и возможность ремонта; повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата. К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, достигающее 1250—1500 Па, и низкую эффективность при улавливании частиц размером <5 мкм.

     Работа  циклона основана на использовании  центробежных сил, возникающих при  вращении газопылевого потока внутри корпуса аппарата. Вращение достигается  путем тангенциального ввода потока в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока Чистый газ, продолжая вращаться, совершает поворот на 180° и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу (рис. 1). Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того что решающим фактором, обусловливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально. На практике из-за компоновочных решений, а также для размещения пылетранспортных систем циклоны, как правило, устанавливают в вертикальном положении.

     При движении во вращающемся криволинейном  потоке газа частица пыли находится  под действием силы тяжести, центробежной силы и силы сопротивления. Масса  частицы обычно настолько мала, что  ею пренебрегают, поэтому скорость частиц в циклоне без большой ошибки можно принять равной скорости вращения газопылевого потока.  
 
 

       
 
 
 
 
 
 
 

     Область циклонного процесса, или зона улавливания  пыли, расположена между концом выхлопной  трубы и пылеотводящим отверстием циклона. Часть этой зоны занимает конусный патрубок, в нем оканчивается циклонный  вихрь. В цилиндрическом циклоне (без  конусного патрубка) циклонный вихрь опирается на пылевой слой в бункере аппарата. При этом частицы вторично уносятся из бункера, т. е. происходит явление, аналогичное действию атмосферных вихрей на предметы, находящиеся на поверхности земли. Вторичный унос частиц возникает и тогда, когда выбран чрезмерно большой угол конусности нижнего патрубка циклона.

     Бункер  участвует в аэродинамике циклонного процесса, поэтому использование  циклонов без бункера или с  уменьшенным по сравнению с рекомендуемыми размерами бункером снижает к. п. д. аппаратов. Существенное влияние на циклонный процесс оказывает турбулентность, которая во многом определяет степень очистки. Поток, поступающий в выхлопную трубу, продолжает интенсивно вращаться. З΀?тухание этого вращательного движения, связанное с невосполнимыми потерями энергии, происходит сравнительно медленно.

     Для устранения вращательного движения на выходе из циклона и уменьшения гидравлических потерь иногда применяют  специальные устройства, например раскручиватели. Однако практический опыт показывает, что эти устройства снижают эффективность циклонов при улавливании мелкодисперсной пыли.

     Хотя  первые циклоны появились в промышленности более 100 лет назад, работы по улучшению  их конструкции и повышению эффективности  продолжаются.

     Применение  циклонов типа ЦН-15 недопустимо в условиях токсичных или взрывоопасных сред; их также не рекомендуется использовать для улавливания сильно слипающихся пылей.

     При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны  обеспечивают очистку газов эффективностью 85-98% от частиц пыли размером более 10 мкм. Циклоны рекомендуется использовать перед высокоэффективными аппаратами газоочистки (фильтры, электрофильтры). В ряде случаев достигаемая эффективность циклонов оказывается достаточной для выброса газов или воздуха в атмосферу.

     Для увеличения срока службы циклонов, подвергающихся абразивному износу,  в местах наибольшего износа (в  нижней части конуса, во входной  части улитки) рекомендуется наносить специальное антиабразивное покрытие.

     Исходя  из компоновочных соображений групповые циклоны изготовляют с камерой очищенного газа в виде улитки (вентилятор устанавливается после циклона), или в виде сборника (вентилятор устанавливается перед циклоном).

     При работе циклонов должна быть обеспечена непрерывная выгрузка пыли. Уровень пыли в бункере не должен подыматься выше 0,5 диаметра циклона от крышки бункера.

     В обычных условиях оптимальной скоростью  воздуха в цилиндрической части  бункера является 4 м/сек, скорость 2,5 м/сек рекомендуется принимать  при работе с абразивной пылью. 

     Условное обозначение типоразмера одиночного и группового циклона: 

ЦН - циклон конструкции НИИОгаза

15 - угол наклона входного патрубка относительно горизонтали(град.)

П, Л - "правое" ("левое") вращение газа в улитке

число после тире - внутренний диаметр цилиндрической части циклона (мм.)

следующая цифра - количество циклонов в группе

У - с камерой очищенного газа в виде "улитки"

С - с камерой очищенного газа в виде сборника

П - пирамидальный бункер 

Техническая характеристика циклонов типа ЦН - 15 

допустимая  запылённость газа, г/м3 -

для слабослипающихся пылей ...................................не более 1200

для среднеслипающихся  пылей...................................................250

температура очищаемого газа, 0С.................................не более 400

максимальное  давление (разряжение), кгс/м3............................500

коэффициент гидравлического сопротивления:

для одиночных  циклонов............................................................147

для групповых  циклонов:

с "улиткой"....................................................................................175

Расчет циклона. 3