Исследование газодинамических характеристик и эффективности пылеулавлевания пенного аппарата с плавающей насадкой: Методические указания к выполнению лабораторной работы

         Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный индустриальный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

   И  ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛЕВАНИЯ ПЕННОГО       

АППАРАТА С ПЛАВАЮЩЕЙ НАСАДКОЙ

(Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Оборудование для очистки газов промышленных печей»)

Специальность 110300

__________________________________________________________________________________________

Издание СибГИУ                                                                  Новокузнецк 2003

УКД 621.928.9

Описание конструкции пенного пылеуловителя и лабораторная установка. Рассмотрены вопросы гидродинамики и эффективности пылеулавливания в аппарате, методики их исследования и порядок выполнения работы.

Предназначены для студентов специальности 110300.

Рецензент – кафедра теплогазоснабжения и вентиляции  Сибирского Государственного индустриального университета

(зав. кафедрой )

УСТРОЙСТВО ПЕННОГО АППАРАТА С ПЛАВАЮЩЕЙ

НАСАДКОЙ И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА

Основной целью работы являются определение гидравлического сопротивления, режимов работы аппарата при различных газовых нагрузках и расходах воды.

1 – опорная решётка;    

2 – шаровая насадка;    

3 – ограничительная решётка;     4 – ороситель;    

5 – брызгоуловитель.                                                                  

Рисунок 1 - Аппарат с псевдоожиженной шаровой насадкой

Рассматриваемый аппарат является разновидностью пенных аппаратов. Пылеуловитель такого типа позволяет эффективно улавливать пыль вплоть до размера 1 мкм.

Рассмотрим устройство аппарата и принцип его действия. Аппарат представляет колонну (рисунок 1). В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решёткой 1 и верхней ограничительной 3 помещается слой шаров (шаровая насадка). Нижняя решётка служит для поддерживания насадки и распределения газа. Назначение верхней – препятствовать уносу насадки при внезапных изменениях режима.

Принцип действия аппарата заключается в следующем. Слой шаров, располагаемых между нижней и верхней решётками, псевдоожижается (взвешивается) восходящим газовым потоком.  Распределяемая оросителем 4 жидкость попадает на поверхность шаров и, благодаря их беспорядочному движению, переносится в часть аппарата, откуда выводится из зоны контакта. Последнее означает, что аппарат работает в так называемом провальном режиме.

Взаимодействие газа с жидкостью и шарами в аппаратах с трехфазным (шары, вода, газ) псевдоожиженным слоем происходит очень интенсивно. Высокая турбулизация потока и диспергация жидкости и газа способствуем очень тесному контакту фаз.    Это сильно интенсифицирует массообмен между жидкостью и газом, то есть переход пыли и других вредных веществ через границу раздала - поверхность воды, и, следовательно, их улавливание.

Преимущество таких аппаратов, в сравнении с другими пенными: большие скорости газа и, следовательно, производительность, высокие коэффициенты массо- и теплообмена вследствие высокой турбулизации и высокой равномерности распределения жидкости по всему сечению аппарата, малое загрязнение аппарата, что обеспечивается подвижностью насадки.

Полное гидравлическое сопротивление аппарата представляет собой сумму следующих отдельных составляющих:

∆Р=∆Р_вх+∆Р_вых+∆Р_т+∆Р_сн+∆Р_жн+∆Р_кап,                                                    (1)

где  ∆Р_вх и ∆Р_вых - входное и выходное;

∆Р_т - опорной тарелки со слоем жидкости;

∆Р_сн - сухой насадки;

∆Р_жн - слоя жидкости удерживаемой насадкой;

∆Р_кап  - капле уловителя.

Сумма трех из них представляет собой гидравлическое сопротивление трёх фазного слоя:

∆Р_сл=∆Р_т+∆Р_сн+∆Р_жн                                                                                 (2)

Составляющие ∆Р_сл    можно подсчитать по экспериментальным формулам:

                                                                (3) где    ω _r   - средняя скорость газа в свободном сечении колонны, [м/с];

ρ _r - плотность газа, [кг/м³]; 

S₀ – доля свободного сечения нижней опорной тарелки, [м²/м²] обычно равно 0,5+0,6 м²/м²;

ξ_с – коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки ξ_с=0,54-0,23S₀;

σ - поверхность натяжения на границе раздела газ - жидкость, [H/м];

b – ширина щели, [м].

∆Р_сн =  γ_ш H_ст (1-ε ₀),                                                                                  (4)

где  γ_ш - эффективный удельный вес шаров, [Н/м³];

H_ст – статическая высота сдоя насадки, [м];  

ε₀  - порозностъ неподвижного сдоя сухой шаровой насадки, ε₀=0,4.

∆Р_жн = 4,7610^-3 W_ж^0,5 H_ст^0,5 d_ш^-0,6  ρ_г^-0,5  ρ_ж  g ,                                            (5)

где  ρ_г, ρ_ж - плотность газа и жидкости соответственно, [кг/м³];

d_ш - диаметр шаров, [м];

g - ускорение свободного падания, [м/с²];