Формулы для пересчета основных характеристик газов применительно к различным условиям

 

При проведении расчетов эффективности очистки газов следует учитывать тот факт, что реальные газы характеризуются высокими коэффициентами объемного расширения. В технических расчетах для ряда характеристик очищаемых газов (плотности, объемного расхода, запыленности или концентрации загрязняющих веществ) пользуются значениями этих величин при нормальных физических условиях (Т_о =273 К, Р_о = 101,3 кПа).

Пересчет характеристик пылегазового потока, полученных при нормальных условиях, на рабочие условия в любой точке газоотводящего тракта производится по нижеуказанным формулам.

Плотность газов.

Плотность сухих газов, состоящих из нескольких компонентов, при нормальных условиях равна, кг/м³

 

                          = ;                            (1.16)

        М=                  (1.17)

где М,  - молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов, кг/моль,  - объемное содержание компонентов в смеси, %.

Плотность сухих газов при рабочих условиях определяют из выражения, кг/м³

                    ,                  (1.18)

 

где  - плотность сухих газов при нормальных условиях, кг/м³, Р_бар - барометрическое давление газов,кПа, Т_о =273 - температура газов при нормальных условиях, К, р_г - избыточное давление газа, кПа, Р_о =101,3 - давление газов при нормальных условиях, кПа,  - температура газов при рабочих условиях, ^оС.

Плотность влажных газов при содержании в них водяных паров при нормальных условиях равна, кг/м³

 

                 = ,                             (1.19)

 

где d - содержание водяных паров в газах (влагосодержание), кг/м³;

= = = 0,804 - плотность водяных паров при нормальных условиях, кг/м³.

Плотность влажных газов при рабочих условиях находят из выражения, кг/м³

 

           = ;                 (1.20)

Вязкость газов.

Динамический коэффициент вязкости смеси газов, состоящей из нескольких компонентов, при нормальных условиях приближенно определяют из выражения, Па∙с

 

М_{см /} m _см =   (1.21)         

 

где М_см,  - молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов, кг/моль,  - объемное содержание компонентов в смеси, %; m _см, m ₁, m ₂,… m _п - динамические коэффициенты вязкости смеси газов и отдельных компонентов, Па∙с.

Динамический коэффициент вязкости воздуха при рабочих условиях находят из выражения, Па∙с

                    m = ,               (1.22)

 

где m_о - динамический коэффициент вязкости при нормальных условиях, Па∙с; С - постоянная Сазерленда; Т_абс. - температура газов при рабочих условиях, К.

Значения m_о (при 0 ^оС) и констант С для различных газов приведены в табл. П.2

Кинематический коэффициент вязкости газов равен, м²/с

 

                                          ν = m/ρ_г,                                (1.23)

 

где ρ_г - плотность газа.

Объемный расход газов.

Объемный расход газов влажных газов при рабочих условиях находят из выражения, м³/с

 

                      ,                    (1.24)

 

где  - объем влажных газов при нормальных условиях, м³/с.

Если известны объем сухих газов (м³/с), при нормальных условиях и содержание в них водяных паров (кг/м³), то объем влажных газов (м³/с), равен

 

                        .                          (1.25)

 

Если влагосодержание  дано в кг/кг, то объемный расход влажных газов определяется из выражения

 

                   ;                   (1.26)

 

 

Примеры расчета эффективности очистки газов

Пример 1.1. Найти эффективность улавливания пыли , необходимую для очистки газов до уровня ПДВ, равного                     М = 250 мг/с, при следующих исходных данных: концентрация пыли, замеренная перед пылеуловителем Z _о1 = 5 г/нм³, объемный расход газов перед пылеуловителем = 10000 м³/час, подсос газов в пылеуловителе  2 %, температура газов на входе в пылеуловитель 150 ^оС, температура газов на выходе из пылеуловителя 120 ^оС, барометрическое давление  = 101,325 кПа, разрежение газов перед пылеуловителем  = 200 Па, гидравлическим сопротивление пылеуловителя  можно пренебречь.

Решение:

1. Объемный расход газов на входе в пылеуловитель при нормальных условиях

,

= 1,789 м³/с.

2. Объемный расход газов на выходе из пылеуловителя при нормальных условиях

,

= 1,825 м³/с.

3. Требуемая концентрация пыли на выходе из пылеуловителя при нормальных условиях

,

 = 0,137 г/нм³.

4. Требуемая эффективность пылеулавливания составляет

,

 = 0,972  или =97,2 %.

 

Пример 1.2. Определить эффективность очистки газов от полидисперсных частиц пыли двумя последовательно включенными пылеуловителями, имеющими одинаковые фракционные коэффициенты очистки (). Изменением объемного расхода газов, проходящих через аппараты, можно пренебречь. Данные необходимые для расчета приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Данные для расчета эффективности очистки газов

пылеуловителями

 

Размер улавливаемых частиц, d, мкм	менее 1	1-5	5-10	более 10
Массовая доля частиц перед очисткой, Ф¢i, %	10	20	40	30
Фракционный коэффициент очистки,	60	70	80	90

 

Решение:

1. Определим общую эффективность пылеулавливания первого пылеуловителя

h _о1 =  +  +  + ,

h _о1 =  +  +  +  = 79 %.

2. Определим изменение фракционного состава пыли на выходе из первого пылеуловителя Ф¢¢_i по формуле

Ф ¢¢ _i = Ф ¢ _i ,

– для частиц менее 1 мкм       Ф ¢¢ ₁ = 10 = 19,05 %;

– для частиц 1-5 мкм                   Ф ¢¢ ₂ = 20 = 28,57 %;

– для частиц 5-10 мкм            Ф ¢¢ ₃ = 40 = 38,10 %;

– для частиц крупнее 10 мкм Ф ¢¢ ₄ = 30 = 14,28 %.

3. Определим общую эффективность пылеулавливания второго пылеуловителя

h _о2 =  +  +  + ,

h _о2 = + + + = 74,76 %.

4. Определим общую эффективность двух последовательно включенных пылеуловителей

h _о = 1 – (1- h _о1)(1- h _о2),

h _о = 1 – (1- 0,79)(1- 0,7476) = 0,947 или h _о = 94,7 %.

 

1.4. Индивидуальные расчетно-практические задания

Руководствуясь расчетными формулами разделов 1.1 и 1.2 и используя исходные данные, представленные в табл. П.1, П.3 необходимо решить индивидуальные расчетно-практические задания 1.1-1.3.

Задание 1.1. Определить, как изменится дисперсный состав пыли после очистки в пылеуловителе, имеющем следующие фракционные КПД: Ф₁= 70 % (для частиц менее 1 мкм), Ф₂=72 % (для частиц 1-5 мкм), Ф₃=75 % (для частиц 5-10 мкм), Ф₄=78 % (для частиц 10-20 мкм), Ф₅= 87 % (для частиц более 20 мкм).

Дисперсный состав пыли перед пылеуловителем принять из табл. П.1 для своего варианта (номер варианта задает преподаватель).

Задание 1.2. Определить с какой эффективностью h работает пылеуловитель, если концентрация пыли, замеренная на входе в него и выходе при рабочих условиях составила соответственно z ¢ = 5,5 г/м³ и z ² = 305 мг/м³? При расчете считать, что температура газов не изменяется, гидравлическое сопротивление пылеуловителя составляет D р = 2000 Па, подсос воздуха в пылеуловитель достигает 4 %.

Недостающие данные для расчета принять из табл. П.3.

Задание 1.3. Пылеуловитель очищает запыленные газы с эффективностью, равной h = 78 %. На сколько нужно увеличить эффективность пылеулавливающего аппарата, чтобы концентрация загрязняющего вещества на выходе из пылеуловителя не изменилась, если концентрация загрязняющего вещества перед очисткой увеличилась соответственно в 2 – 3 – 4 – 5 раз? Изменением гидравлического сопротивления газоочистного аппарата можно пренебречь.

Концентрацию пыли на входе в пылеуловитель принять из табл. П.3.

 

РАСЧЕТ и выбор ЦИКЛОНОВ

 

Цель работы: ознакомление обучающихся с основами процесса очистки газов от примесей в циклонах, освоение методики расчета циклонов и приобретение навыков расчета циклонных аппаратов.