ертханал ық жұмыс № 13

Циклонда газды шаңнан тазалау

Жұмыстың мақсаты: Циклонда газды шаңнан тазалаудың ортадан тепкіш күш әсерімен тұндыру процесімен танысу. Циклоннның аэродинамикалық кедергісіне және тиімділігіне газ жылдамдығының әсерін эксперименталды оқып білу, циклонда газды тазалау тиімділігінің процесс барысындағы энергошығындарына тәуелділігіне сараптама жасау.

13.1. Теориялық бөлім

 

Газдарды түрлі өнеркәсіп салаларында өнеркәсіптік және санитарлық тазалауда әсері ортадан-тепкіш күшке негізделген аппараттар қолданылады.

Мұндай құрылғыларға түрлі модификациядағы циклондар жатқызылады. Мұндай аппараттар өлшемі 5-10 мкм болатын шаң түйіршіктерін ұстап қалатын жоғарғы тиімділікке ие.

Циклонда шаңды тазалаудың тиімділігі келесі формуламен анықталады:

 

(13.1)

Циклонның (сур.13.1) жұмыс істеу принципі төмендегідей болады. Шаңның бөлшектері бар газ ағыны циклонның корпусына жанамалатып беріледі. Сонда түйіршіктер айналмалы қозғалысқа өтеді. Центрден тепкіш күштің әсерінен қатты түйіршіктер аппараттың корпусына қарай жылжиды /I, 240-244 бет/. Инерция күші газ ағынында айналып жүрген шаң бөлшектеріне әсері бар. Сондай-ақ бөлшектің салмағының мәнін жоғарлататын инерция күші циклон қабырғасына бөлшектің қозғалысының бағытталуымен негізделеді. Қатты түйіршіктің ламинарлы режимде тұндырылуы инерция және салмақ күштерінің қатынастарына байланысты. Түйіршіктің инерция және салмақ күштерінің өрістеріндегі жылдамдықтарының қатынасы ажырату факторы деп аталады:

(13.2)

Циклонның қабырғасындағы жақын орналасқан булы газ қоспасының тығыздығы жай газдың тығыздығымен салыстырғанда жоғары. Салмақ күшінің әсерімен ол төмендегі циклонның шаң жіберетін саңылауға қарай жылжиды. Ал шаңнан тазартылған газ осьтік аймақта шығарылатын патрубкадан жоғарыға көтеріліп шығарылады.

Газды инерциялық жолмен циклон аппараттарында терең зерттелмеген. Бұл процестің теориялық негіздері зерттелуде, әртүрлі көзқарастар орын алуда.

 

 

Сур.13.1. Циклон

1 – циклон корпусы, 2 – кіретін патрубок, 3 – шығатын патрубок, 4 – шаң шығаратын саңылау

 

 

Белгілі теориялардың ішінде /П.Розин және т.б./ айтуынша түршікті үздіксіз тұндырудың уақытын төмендегі байланыс арқылы анықтауға болады:

(13.3),

(13.3) байланысы бойынша анықталған уақыт мөлшері төмендегі теңдік арқылы есептелінген уақытқа тең немесе одан кем болуы ықтимал:

(13.4)

Сондықтан шектеп алғанда (13.3) және (13.4) байланыстарын теңестіруге болады.

(13.5)

Циклонның өнімділігі деп аталатын газдың көлемдік шығыны былайша анықталады:

(13.6)

 

мұнда: a – газ ағыны кіретін патрубоктың (келте құбырдың) биіктігі, м.

Бұл параметр (биіктік) циклонда айналып жүретін ағынның биіктігіне тең деп қабылданады, м.

Сонымен қатар циклондағы тұндыру беті спираль тәрізді газ ағынының қосындысына тең.

(13.7)

(13.5) теңдігінің екі жағын а параметріне көбейтсек, циклонның теориялық оптималды өнімділігін алуға болады:

 

(13.8)

 

Алыңған (13.8) теңдігі белгілі тұндырғыштың және камераның өнімділігін есептейтін байланысқа ұқсас /1, 193 бет/.

Түйіршіктерді (бөлшектерді) ламинарлы режиммен циклонда инерциялық жолмен тұндыру және тұндыру жылдамдығы Стокстың формуласымен сипатталады, егер ажырату факторын ескерсек:

 

(13.9)

 

Егер (13.9) теңдігіндегі w_ОС мәнін (13.5) теңдігіне қойсақ циклонда ұсталатын бөлшектің теориялық минималды өлшемін анықтайтын теңдеу алынады

(13.10)

 

(13.10) теңдігінен төмендегі қорытындыларды байқауға болады:

- ұсталатын бөлшектің минималды диаметрі төмендейді;

- газды тазалаудың тиімділігі көбейеді, егер ағынның ені және газдың тұтқырлығы төмендесе, сәйкесінше бөлшектің тығыздығы, газдың патрубокқа кірердегі жылдамдығы, циклондағы сығымдалған газдың айналым саны жоғарылайды.

Сонымен (13.10) теңдігінен циклонның радиусы, оның тиімділігіне әсері жоқ екендігін байқауға болады. Айтылған тәжірибеде циклонның тиімділігін арттыру үшін циклондағы газ ағынының енін азайту керек.

Шығу құбырындағы газ жылдамдығы сонымен қатар циклондағы газ шығынының (13.6) қатынасымен байланысты (газ жылдамдығы) тазалау тиімділігіне әсерін эксперименталды тексеру, нақты лабораториялық жұмыстық негізгі мәселесі болып табылады.

Практикада келесідегідей теңдеумен анықталатын, циклондағы газ ағынының жалған жылдамдығы деген түсініп кеңінен қолданылады:

 

(13.11)

Бұл жылдамдық, циклондағы аэродинамикалық кедергіні DР_Ц анықтау үшін қолданылады:

(13.12)

Циклондағы аэродинамикалық кедергі әдетте газдың динамикалық (жылдамдық) қысымының айырмашылығын ескермей, шығу және кіру құбыршаларының арасындағы газдың статикалық қысымының құлау ретінде анықталады. Бұл шама циклондағы ауа кірулерді есептеуде аса маңызды мәселе болып табылады. Циклондағы аэродинамикалық кедергі 1м³ газды тазалаудың меншікті энергошығындарының шамасын сипаттайды. Газ тазалаудың қуат шығыны келесідегідей теңдеумен анықталады:

(13.13)

Сонымен қатар уақыт периодындағы газ тазалаудың энергошығындары

(13.14)

Осы уақыттағы тазаланған газ көлемі:

(13.15)

Газ тазалауға меншікті энергошығындары

(13.16)

СИ жүйесінде қысым айырмашылығының өлшем бірлігі Паскаль, сонда

1Па = 1Н/м² = 1 Н.м/м³ = 1 Дж/м³

Нақты жұмыстың және бір маңызды мәселесі болып, циклондағы тазалау тиімділігінің газ қысымының құлауына тәуелділігін эксперименталды түрде оқып білу.

13.2. Зертханалық қондырғының сипаттамасы

13.2-суретте келтірілген сұлбаға сәйкес қондырғы, ЦН-11/2,96-98 бет/ типті циклоннан (1), бункерден (2) және желдеткіштен (3) тұрады. Бункер шнекті қоректендіргішпен, циклонның кіру құбыршасына жалғанған ауа әкеткішке шаңды мөлшермен беруге арналған дозатормен жабдықталған. Циклонға шаңды мөлшермен беру шнекті қоректендіргіштің (4) жетегіндегі электрқозғалтқыштың айналу санын реттеумен лабораториялық трансформатордың (17) тиісті тұтқасының көмегімен іске асырылады. Циклондағы (1) газ шығыны сырытпа (6) көмегімен реттеледі, газ шығынының шамасы дифманометрмен (8) бірге жұмыс істейтін диафрагмамен (7) өлшенеді. Циклондағы қысымның құлауы дифманометрмен (9) өлшенеді.

Циклонға кірердегі және шығардағы газдағы шаң концентрациясын анықтау, вакуум көзіне жалғанған және проба алушы құбырға (11) орналасқан, фильтрлеуші патрондарға (аллонж) 10 отырған шаң шамасымен жүргізіледі. Өлшеу жүргізілмейтін жағдайда, ішіне шаң кірмеу үшін проба алушы құбырдың, ауа тартқыштың ішіне орналсақан, Г-тәрізді бөлігі бұрылысты болып жасалған. Қондырғыны басқару щитінің 2.3 – сурет алдыңғы бетіне, қондырғыны және басқару щитін ток көзінен автоматты сөндіргіш (18) және электр қондырғының өшкендігін көрсететін лампа (19) орнатылған. Сонымен қатар, желдеткіштің электр қозғалтқышын басқарушы (14) кнопка, сөндіргіш (16) және шнекті қоректендіргіш жетегінің реттелуші электрқозғалтқышын басқарушы ЛАТР (17) орналасқан. Панелдің алдыңғы бетінде дифманометрлер (8),(9), реометр (13) және вентиль (12) орналасқан.

13.3. Жұмысты жүргізу тәсілі

1. Оқытушыдан жұмыс бойынша тапсырма алу, соның ішінде циклондағы қысымның құлау Р_қ құлау мәні мен шнекті қоректендіргіш дозатордың айналу саны.

2. Дәлдігі 1 мг аналитикалық таразыда сан бойынша 10 рет фильтрлеуші патрондарды (аллонж) өлшеу, мәліметтерді 13.1 кестеге енгізу (тіркеме 1).

 

Сур. 13.2. Зертханалық қондырғының технологиялық схемасы

 

3. Сөндіргішпен (18) басқару щитін қосу. Желдеткішті (3) «Пуск» (14) нүктесін басып іске қосу. Задвижка (6) білігінің айналуымен дифманометр (9) бойынша циклонға берілген қысымның қулау мәнін орнату.

4.Шнекті қоректендіргіш (4) жетегінің электрқозғалтқышын қошқышпен (16) қосып, лабораториялық трансформатордың (17) тұтқасын берілген айналу санына қою.

5.Дифманометрдің (8) көрсетуімен циклондағы ауа шығынының V_с шамасын анықтау:

 

(13.17)

 

 

 

Сур.13.3. Басқару қондырғысының щиті

 

6.Аллонж №1, циклонның кіру линиясына жалғанған проба алғыш қубыршаға орнату.

7.Проба алу қубыршасын жұмыс жағдайына келтіріп, аллонждар арқылы проба алуды 5 минут барысында жүргізу. Аллонжды алып, сыртын сүртіп аналитикалық таразыда өлшеу. Өлшеу мәліметін және тәжірибе шартының мәндерін 2.1 кестеге енгізу (тіркеме 1).

8. Аллонж №2, циклонның шығу линиясына жалғанған проба алғыш қубыршаға п.7 сәйкес орнату.

9. Тапсырмаға сәйкес циклондағы қысым қулауының мәнін дифманометр (9) бойынша орнату. 5-8 пунктер бойынша өлшеулер жүргізу.

10. п.9 сәйкес барлық қажетті өлшеулерді орындау.

11. Лабораториялық трансформатордың 17 тұтқасын бастапқы жағдайға келтіру және шнекті қоректендіргіш жетегінің 4 электр қозғалтқышының тоқтауын 16 қамтамасыз ету. Желдеткіштің электр қозғалтқышын басқарушы (14) кнопкасын басып желдеткішті 3 тоқтату. Автоматты сөндіргіш (18) кнопкасын басып басқару щитін сөндіру.

13.4. Алынған мәліметтерді өңдеу

 

I. Келесі теңдеуді қолдана отырып, (тіркеме 1, кесте 13.1) өлшеу нәтежелерінің кестесіндегі мәліметтер бойынша, бастапқы берілген қысым айырмасының мәні үшін циклонға кірер және шығардағы проба алудан кейін аллонждағы жетілдіру массасын анықтау:

(13.18)

Келесідегідей теңдеуді қолдана отырып 13.1 – кесте мәліметтері бойынша циклонға кірердегі және шығардағы газдағы шаңның көлемдік массалық концентрациясын анықтау:

(13.19)

мұндағы: t_ОТ =5 мин = 300с - өлшеу алу уақыты.

 

Циклондағы газды тазалаудың тиімділігін (13.1) – теңдеумен есептеңіз.

Алынған мәліметтерді 13.2-кестеге енгізіңіз (тіркеме 1). Циклондағы газдың жалған жылдамдығын (13.2) – теңдеумен есептеңіз.

Циклонның аэродинамикалық кедергісінің коэффициентін келесі теңдеумен анықтаймыз:

(13.20)

 

(13.20) – теңдеудегі газ тығыздығын келесі теңестірумен анықтаймыз:

 

(13.21)

Циклонға кірер құбырдағы газ жылдамдығын келесі теңдеумен анықтаймыз:

(13.22)

Циклондағы бөліну факторының шамасын К_қ (13.2) –теңдеумен анықтаймыз.

Алынған мәліметтерді 13.2-кестеге енгіземіз (тіркеме 1).

2. 1-ші пунктегі циклондағы қысымның айырмасынының қалған мәнін есептеу үшін қайталау керек. Оны тіркемеде келтірілген бағдарлама бойынша ЭЕМ–да есептелінеді.

3. Газ тазалау тиімділігінің циклонға кірер құбырдағы жылдамдыққа және газ тазалаудың меншікті энергошығындарына тәуелділік графигін тұрғызыңыз. Алынған мәліметтерді сараптап қорытынды жасаңыз.

 

 

Қабылданған белгілеулер:

a, b – циклонның кірер құбырының биіктігімен ені; циклондағы айналмалы газ ағынының биіктігімен ені;

С_н, С_к - циклонға кірер және шығардағы газдағы шаңның бастапқы (кірірден), мг/м³;

D - циклон корпусының диаметрі,м; D= 0,25 м;

d - шаң түйіршіктерінің диаметрі, м; d=0,610 мм;

Е - циклонда газды тазалаудың тиімділігі (дәрежесі);

g - 9,81 м/c²- ауырлық күшінің үдеуі;

К_ц – циклондағы бөлу факторы;

М_г- 29 кг/кмоль – газдың (ауаның) молекулярлық массасы;

m - аллонж массасы, мг;

n - циклондағыигаздың шыққанға дейінгі айналу саны;

D

R = --------- - газды циклонның радиусы; м;

t - газ температурасы, ^оС;

V_c - циклондағы газ шығыны, м³/с;

w - циклоннан шығар құбырдағы газ жылдамдығы, м/с;

w_0Ц - циклонда шаң түйіршіктерінің өту жылдамдығы, м/с;

w_ф - циклонның көлденең қимасына алғандағы газдың жалған жылдамдығы,, м/с;

DР_ц - циклонның аэродинамикалық кедергісі; 1 м³ газды тазалауға келетін меншікті энергия шығыны, Па;

x - циклонның аэродинамикалық кедергісінің коэффициенті;

m - газдың динамикалық тұтқырлық коэффициенті, Па с;

r_т, r_г - түйіршіктер мен газ тығыздығы, кг/м³; =2200

13.5. Бақылау сұрақтары

 

1. Циклонның жұмыс істеу принципі?

2. Циклонның бөлу факторы дегеніміз не?

3. Циклонның өнімділігі қалай анықталады?

4. Циклонда газды тазалау тиімділігі қалай анықталады?

 

 

Кесте 13.1.

№ алонж	Алонж массасы	Алонж қосымшасы ∆mi	Газ сынамасын таңдау орны	Газ сынамасын таңдау шарты
Сынаманы таңдауға дейін, мг, m1i	Сынаманы таңдауға дейін, мг, m2i	Циклондағы қысым айырмасы, Па, ∆Рц	Циклон арқылы өткен газдың шығыны, м3/с, V	Циклон арқылы өткен газдың шығыны, м3/с, Vа·103	Шнектің қоректендіргіш тартпасынының айналу саны,n

 

Кесте 13.2.

№ алонж	Циклондағы қысым айырмасы, Па, ∆Рц	Циклон арқылы өткен газдың шығыны, м3/с, V	Газдағы шаңның концентрациясы	циклонда газды тазалаудың тиімділігі, Е	циклонның аэродинамикалық кедергісінің коэффициенті, x	циклоннан шығар құбырдағы газ жылдамдығы, м/с, w	циклондағы бөлу факторы, Кц
Циклонға кіре берісте, мг/м3, Сб	Циклоннан шыға берісте, мг/м3, Сс