лабораторная работа

Лабораторная работа 1
Цели работы:
1. Практическое ознакомление с установкой по пылеулавливанию и работой циклона.
2. Исследование зависимости степени очистки циклона и его гидравлического сопротивления от условной скорости газового потока в циклоне.
3. Определение оптимальной скорости газового потока и коэффициента
гидравлического сопротивления циклона.
Схема установки со спецификацией (рис. 1, 2)
Рис. 1. Схема установки по пылеулавливанию
1 – бункер с твердой фазой; 2 – дозатор твердой фазы; 3 – всасывающая линия;
4 – нагнетательная линия; 5 – циклон; 6, 7 – U-образные дифманометры;
8 – сборник уловленных твердых частиц; 9 – диафрагма; 10 – задвижка;
11 – вентилятор; 12 – электродвигатель; 13 – рукавный фильтр
Рис. 2. Схема установки
1 – рукавный фильтр; 2 – электродвигатель; 3 – пульт управления вентилятором; 4 – регулирующая задвижка; 5 – сборник уловленных твердых частиц;
6 – циклон; 7 – дифманометры; 8 – бункер с твердой фазой и дозатором;
9 – пульт управления бункером
Таблицы
Таблица 1
Результаты измерений
№ п/п
Показания
дифманометров
Δр, Па
Δрц, Па
1
2
3
4
5
6
180
340
500
670
820
1010
110
220
350
460
580
680
1
180
110
Расход
материала на
входе Gн,
кг/с
Первый этап
0
0
0
0
0
0
Второй этап
0,0241
Время работы дозатора
τ, с
Масса уловленного материала
m, кг
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
29
0,400
2
3
4
5
6
220
500
670
820
1010
340
350
460
580
680
0,0219
0,0184
0,0200
0,0194
0,0194
32
38
35
36
36
0,600
0,675
0,650
0,620
0,650
Таблица 2
Расчетные данные
№ Расход Скорость Условная Коэффициент гид- Расход улов- Степень
п/п воздуха воздуха на скорость в равлического со- ленного ма- очистки
V, м3/с
входе
циклоне
противления
териала
η, %
ωвх., м/с
ωц, м/с
Gул, кг/с
ξц
ξ´ц
Первый этап
1 0,111
27,58
4,89
0
0
0
0
2 0,194
48,20
8,55
0
0
0
0
3 0,278
69,07
12,25
0
0
0
0
4 0,361
89,69
15,91
0
0
0
0
5 0,458
113,79
20,19
0
0
0
0
6 0,556
138,14
24,51
0
0
0
0
Второй этап
1 0,111
27,58
4,89
1,33
42,20
0,0138
57,26
2 0,194
48,20
8,55
1,68
53,27
0,0188
85,84
3 0,278
69,07
12,25
2,22
70,68
0,0178
96,74
4 0,361
89,69
15,91
2,08
66,08
0,0186
93,00
5 0,458
113,79
20,19
2,13
67,75
0,0172
88,66
6 0,556
138,14
24,51
2,04
64,68
0,0181
93,30
Определяем расход воздуха по градуировочному графику дифманометра
(рис. 3).
Рис. 3. Градуировочный график дифманометра
2. Рассчитаем скорость газового потока во входном патрубке циклона ωвх. и
условную скорость газового потока в циклоне ωц по уравнениям (1) и (2):
вх. 
V
,
f вх
(1)
где V – расход газа, м3/с; fвх. – площадь поперечного сечения входного патрубка, м2, fвх. = 115 · 35 мм2 = 4025 мм2 = 0,004025 м2
0,361 м / с
0,111 м 3 / с


 89,69 м / с
вх.1 

27
,
58
м
/
с
;
вх.4
0,004025 м 2
0,004025 м 2
3
0,458 м3 / с
0,194 м 3 / с
 113,79 м / с
вх.2 
 48,20 м / с; вх.5 
0,004025 м 2
0,004025 м 2
0,556 м / с
0,278 м 3 / с


 138,14 м / с
вх.3 

69
,
07
м
/
с
;
вх
.
6
0,004025 м 2
0,004025 м 2
3
ц 
V
0,785  Dц2 ,
(2)
где Dц – диаметр циклона, 170 мм = 0,17 м.
0,111 м3 / с
0,361 м3 / с
ц1 
 4,89 м / с; ц 4 
 15,91м / с
0,785  0,17 2 м 2
0,785  0,17 2 м 2
0,194 м3 / с
0,458 м3 / с
ц 2 
 8,55 м / с; ц 5 
 20,19 м / с
0,785  0,17 2 м 2
0,785  0,17 2 м 2
0,278 м3 / с
0,556 м3 / с
ц 3 
 12,25 м / с; ц 6 
 24,51м / с
0,785  0,17 2 м 2
0,785  0,17 2 м 2
3. Рассчитаем соответствующие коэффициенты гидравлических сопротивлений ξц и ξ´ц (уравнения (3) и (4)).
pц 
ц    вх2
2
;ц 
2  pц
  вх2
(3) ,
где ρ – плотность газовой среды в рабочих условиях, кг/м3; ωвх. – скорость
газа во входном патрубке, м/с.
Находим плотность газовой среды по формуле:

m(начал. масса цемента)
 V
1 
0,7
0,7
 0,055 кг / м3
 0,218 кг / м3 ;  4 
35  0,361
29  0,111
2 
0,7
0,7
 0,113кг / м 3 ; 5 
 0,042 кг / м3
32  0,194
36  0,458
3 
0,7
0,7
 0,035 кг / м3
 0,066 кг / м3 ; 6 
36  0,556
38  0,278
ц 
2  pц
  вх2
 ц1 
2 110
2  460

1
,
33
;


 2,08
ц4
0,218  27,582
0,055  89,69 2
ц 2 
2  220
2  580

1
,
68
;


 2,13
ц5
0,113  48,20 2
0,042 113,79 2
ц 3 
2  680
2  350

2
,
22
;


 2,04
ц6
2
2
0,035 138,14
0,066  69,07
pц 
 / ц    ц2
2
; / ц 
2  pц
  ц2
(4)
где ωц – условная скорость газового потока в циклоне.
ц1 
2 110
2  460


42
,
20
;


 66,08
ц4
0,218  4,89 2
0,055 15,912
ц2 
2  220
2  580


53
,
27
;


 67,75
ц5
2
2
0,113  8,55
0,042  20,19
ц3 
2  350
2  680

70
,
68
;


 64,68
ц6
2
2
0,066 12,25
0,035  24,51
4. Найдем расход (кг/с) уловленного твердого материала:
Gул = m/τ, где m – масса (кг) уловленного твердого материала за время работы дозатора τ.
Gул1 = 0,4 кг/29 с = 0,0138 кг/с; Gул4 = 0,65 кг/35 с = 0,0186 кг/с
Gул2 = 0,6 кг/32 с = 0,0188 кг/с; Gул5 = 0,62 кг/36 с = 0,0172 кг/с
Gул3 = 0,675 кг/38 с = 0,0178 кг/с; Gул6 = 0,65 кг/36 с = 0,0181 кг/с
5. Рассчитаем степень очистки по формуле:
G
Gн  Gк
100 %  ул 100 %, где Gн, Gк, Gул – расход твердых частиц
Gн
Gн
на входе в циклон, на выходе из циклона и уловленных частиц, кг/с.

1 
0,0138
0,0186
100 %  57,26%; 4 
100 %  93,00%
0,0241
0,0200
2 
0,0188
0,0172
100 %  85,84%; 5 
100 %  88,66%
0,0219
0,0194
3 
0,0178
0,0181
100 %  96,74%; 5 
100 %  93,30%
0,0184
0,0194
4. График зависимости Δрц от скорости воздуха ωвх. График представляет
собой линейную зависимость (рис. 4).
Рис. 4. График зависимости Δрц от скорости воздуха ωвх.
5. График зависимости η от Δрц/р (из графика определить оптимальную
скорость воздуха, соответствующую высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении циклона) (рис. 5).
Из рисунка 4 и 5 видно, что оптимальная скорость воздуха, соответствующая высокой степени очистки (96,74%) при малом гидравлическом сопротивлении циклона, составляет 69,07 м/с.
Рис. 5. График зависимости η от Δрц/р
Выводы: В ходе выполнения лабораторной работы ознакомились с установкой по пылеулавливанию и работой циклона, исследовали зависимость степени очистки циклона и его гидравлического сопротивления от условной скорости газового потока в циклоне, определили оптимальную скорость газового потока и коэффициент гидравлического сопротивления циклона.
Контрольные вопросы
1. Какие системы в гидромеханике называют неоднородными?
Неоднородная (гетерогенная) среда – физико-химическая система, состоящая из различных по физическим свойствам фаз, разделенных физической поверхностью раздела, на которой скачком меняется одно или несколько свойств
среды (плотность, вязкость и т. п.).
2. Что такое пыль?
Пыль – мелкие твёрдые частицы органического или минерального происхождения. К пыли относят частицы диаметра более долей микрона и до максимального 0,05 мм.
3. Какие аппараты применяют для улавливания пыли?
Для улавливания пыли чаще всего используют следующие виды оборудования: циклоны, скрубберы, рукавные фильтры и электрофильтры.
4. Как устроен циклон?
Принцип работы циклона следующий. Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. В циклонах центробежное ускорение в сотни и тысячи раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной
силы движутся к стенке.
5. За счет чего в циклоне возникает центробежная сила?
Центробежные силы возникают при закручивании потока при помощи различных механических устройств или тангенциального потока воздуха.
6. Что такое фактор разделения?
Фактор разделения характеризует увеличение разделяющей способности в
условиях действия центробежной силы.
7. Как влияют диаметр циклона и скорость газового потока на его разделяющую способность?
Разделяющая способность циклона повышается с уменьшением диаметра
(радиуса) циклона и увеличением скорости газового потока.
8. С какой целью в промышленной практике прибегают к применению батарейных циклонов?
Для лучшего распределения газа с пылью и для отвода пыли на практике
широко используется батарейный циклон. Такой аппарат представляет собой
циклонные элементы, которые включены параллельно и имеют общий корпус,
сборный бункер, а также общий подвод и отвод газа.
9. Что называют степенью очистки или коэффициентом полезного действия циклона?
Коэффициент полезного действия циклона – это отношение количества
уловленной пыли ко всей пыли, поданной в циклон, за данный отрезок времени.
10. Как определить концентрацию твердых частиц в газовом потоке на выходе из циклона и количество унесенной твердой фазы?
Концентрацию твердых частиц в газовом потоке на выходе из циклона
определяют отношением массы твердых частиц на выходе из циклона к объему
воздуха. Количество унесенной твердой фазы определяют по разнице масс твердой фразы до и после проведения эксперимента.
11. Что понимают под гидравлическим сопротивлением циклона, как его
рассчитывают и какие факторы влияют на него?
12. Как рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления циклона?
Коэффициенты гидравлических сопротивлений ξц и ξ´ц рассчитывают по
уравнениям:
ц 
2  pц
2  pц
  вх
  ц2
 /ц 
2 ,
,
где Δрц – общее гидравлическое сопротивление в циклоне, ρ – плотность
газовой среды в рабочих условиях, кг/м3; ωвх. – скорость газа во входном патрубке, м/с, ωц – условная скорость газового потока в циклоне, м/с.
13. Указать последовательность действий при пуске и остановке экспериментальной установки.
Исследование работы циклона проводят в два этапа. Первый этап проводят с целью определения гидравлического сопротивления циклона в зависимости от скорости газового потока на не запыленном воздухе.
Порядок действий:
1. Включите вентилятор.
2. Установите с помощью задвижки необходимый расход воздуха.
3. Снимите показания дифманометров при установленном расходе воздуха одновременно.
На втором этапе работы исследование проводят для определения степени
очистки в зависимости от скорости газового потока при постоянной концентрации в нем твердых частиц.
1. Из емкости с материалом пересыпьте в мерную емкость необходимое
количество материала.
2. Засыпьте отмеренный материал в бункер, поставьте мерную емкость на
стол или на весы.
3. Включите вентилятор.
4. Установите с помощью задвижки необходимый расход воздуха.
5. Снимите показания дифманометров при установленном расходе воздуха одновременно.
6. Включите в работу одновременно дозатор твердой фазы.
7. По мере накопления определенного объема материала в сборнике остановите дозатор с одновременной отсечкой секундомера.
8. Выключите вентилятор.
9. Твердый материал, уловленный из газового потока за время опыта в
сборнике, пересыпьте в мерную емкость и взвесьте на весах.
Литература
1. Процессы и аппараты химической технологии: практикум для студентов
химического факультета специальности 240403.65 «Химическая технология
природных энергоносителей и углеродных материалов» / сост. В.Н. Носенко,
О.А. Реутова, А.А. Дюсембаева. – Омск: Изд-во ОмГУ, 2006. – 100 с.
2. Родионов А.И. Технологические процессы экологической безопасности
/ Основы энвайронменталистики /: учебник для студентов технических и технологических специальностей/ А.И Родионов, В.Н Клушин, В.Г. Систер. - 3-е изд.,
перераб. и доп. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2000. – 800 с.
3. Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. - Ярославль: Верхне-Волжское изд-во, 1971.
– 96 с.