Технологічні розрахунки фільтрів

Технологічні розрахунки фільтрувальних апаратів зводяться до визначення площі фільтрувальної перегородки, гідравлічного опору фільтрувальної перегородки і апарата в цілому, частоти і тривалості циклів регенерації фільтрувальних елементів.

Фільтрувальна поверхня апарата або групи апаратів , м², знаходиться за формулою

, (3.1)

де – об’єм газу, який очищається, м³/год;

– об’єм газу чи повітря, що витрачається на зворотне продування, м³/год;

– питоме газове навантаження при фільтруванні, м³/(м² хв);

– фільтрувальна поверхня, яка відключається на регенерацію протягом однієї години, м²;

Таблиця 3.6– Технічні характеристики фільтрів типу ФРОС

, (3.2)

де – число секцій;

– фільтрувальна поверхня секцій, м²;

– час відключення секції на регенерацію, с;

– число регенерацій протягом години.

Для фільтрів з імпульсною продувкою в зв’язку з коротко­часністю процесу регенерації поверхнею фільтра, яка виключається на час регенера­ції, і об’ємом повітря, яке витрачається на зворотну продувку, можна зне­хтувати.

Таблиця 3.7 – Значення нормативного питомого газового навантаження

Значення , м3/(м2×хв)
3,5	2,6		1,7	1,2
Комбі-корм Мука Зерно Макухо-ва суміш Пил шкіри Тирса Тютюн Картон-ний пил Поліві-нілхлорид	Азбест Волокнисті целюлозні матеріали Пил при вибиванні відливок з форм, гіпс, вапно гашене, пил від поліровки, сіль, пісок Пил піскостру-минних апаратів Тальк Кальцинована сода	Глинозем Цемент Керамічні барвники Вугілля Плавико-вий шпат Гума Каолін Вапняк Цукор Пил гір-ських порід	Кокс Летка зола Металопо-рошки Окисли металів Пластмаси Барвники Силікати Крохмаль Смоли сухі Хімікати з нафтосиро-вини	Активоване вугілля Технічний вуглець Миючі речовини Порошкове молоко Перегони кольорових і чорних металів

Питоме газове навантаження , м³/(м² ×хв) в рукав­них фільтрах знаходиться за такою формулою:

(3.3)

де – нормативне питоме навантаження, залежне від виду пилу та його схильність до агломерації (табл. 3.7);

– коефіцієнт, який характеризує особливість регенерації фільтру- вальних елементів (табл. 3.8);

– коефіцієнт, який враховує вплив концентрації пилу на питоме газове навантаження (рис. 3.6);

– коефіцієнт, який враховує вплив дисперсного складу пилу в газі (табл. 3.9);

– коефіцієнт, який враховує вплив температури газу (табл. 3.10);

– коефіцієнт, який враховує вимоги до якості очищення (при концентрації пилу в очищених газах 30 мг/м³ , зі зменшенням необхідної концентрації змен­шується і при 10 мг/м³ ).

Таблиця 3.8 – Значення коефіцієнта С₁, який враховує особливості регенерації фільтрувальних елементів

Вид фільтра	Коефіцієнт
З імпульсним продуванням стиснутим повітрям з рука-вами з тканини З регенерацією шляхом зворотного продування і одноразовим струшуванням або коливанням рукавів З регенерацією шляхом зворотного продування	0,70...0,85* 0,55...0,70**

* – менше значення приймається для фільтрів з рукавами з щільної тканини.

** – менше значення приймається для фільтрів з рукавами зі склотканини.

При виборі рукавних фільтрів важливим є оцінювання очікува­ного гідравлічного опору, який визначав енергетичні зат­рати на фільтру­вання. Гідравлічний опір рукавних фільтрів , Па, складається з опору корпусу апарата і опору фільтрувальної перегородки :

(3.4)

Гідравлічний опір корпусу апарата визначається величиною місцевих опорів

, (3.5)

де – швидкість газового потоку у вхідному патрубку, м/с

. (3.6)

Гідравлічний опір фільтрувальної перегородки залежить від маси і властивостей пилу, який на неї осів і утворюється двома складовими: постійною і змінною

(3.7)

Рисунок 3.6 – Залежність коефіцієнта від концентрації пилу

Таблиця 3.9 – Значення коефіцієнта , який враховує вплив дисперсного складу пилу

Медіанний розмір частинок пилу, мкм
Більше 100 50 – 100 10 – 50 3 – 10 Менше 3	1,2...1,4 1,1 0,9 0,7...0,9

Таблиця 3.10– Значення коефіцієнта , який враховує вплив температури, t°С

Постійна складова гідравлічного опору

(3.8)

де – швидкість фільтрування, м/с,

;

– показник ступеня, залежний від течії потоку (для розрахунків при ламінарному режимі приймається ; при турбулентній течії );

– коефіцієнт, який характеризує опір фільтрувальної перегородки з залишеним на ній шаром пилу, м^-1 (табл. 3.11).

Змінна складова гідравлічного опору

,(3.9)

де – коефіцієнт опору шару пилу;

– концентрація частинок в потоці, кг/м³.

Величини , _, характеризують властивості пилу, тому їх об’єднують одним параметром опору шару пилу (табл. 3.12):

. (3.10)

Тоді для розрахунку DР¢¢, Па, зручніше використовувати формулу

. (3.11)

Таблиця 3.11 – Значення коефіцієнта , який характеризує опір фільтрувальної перегородки

Тип фільтру-вальної тканини	Вид пилу	Медіанний діаметр пилу, мкм	Коефіцієнт , м-1
Лавсан арт.136 і 21	цементний, кварцовий	10...20	(1100...1500)106
Те саме	перегони металів	2,5...3,0	(2300...2400)106
Лавсан арт.86013 Склотканина	Те саме	2,5...3,0	(2300...2400)106 х х(1,2...1,3)
Лавсан арт.86013	-//-//-	0,6	(13000...15000)106

Таблиця 3.12 – Параметр опору шару пилу

Вид пилу	Медіанний діаметр пилу, мкм	Параметр , м/кг
Цементний, кварцовий	12 ... 20	(6,5...16)×109
Перегони металів		80×109
Те саме	0,7	330×109

Користуючись формулою (3.11) і, змінюючи змінну величину гідравлічного опору фільтрувальної перегородки, можна визначити тривалість фільтрувального циклу , с:

. (3.12)

Для дрібного пилу змінну величину гідравлічного опору фільтру-вальної перегородки приймають в межах 600...800 Па, для великого пилу з медіанним діаметром частинок більше 20 мкм – 250... 350 Па.

Тривалість фільтрувального циклу , с, будь-якої секції (рукава) повинна бути завжди більшою тривалості регенерацій всіх інших секцій (рукавів) апарата

. (3.13)

Потужність електродвигуна вентилятора, необхідного для транспор-тування газів для очищення через фільтр, підраховується за формулою

, (3.14)

де – коефіцієнт запасу потужності електродвигуна приймається 1,1 ...1,5;

– гідравлічний опір фільтра, Па;

– к. к. д. передачі (для клиноремінної передачі приймається 0,92 – 0,95);

– к. к. д. вентилятора приймається 0,65…0,8.

Витрати електроенергії підраховуються без врахування коефіці- єнта К'.

Приклад 3.1. Спроектувати пилоочисну установку для очищен­ня повітря, яке надходить від полірувальних верстатів, встановлених на дільниці гальванічного покриття деталей. Темпе­ратура очищуваного повітря °С, атмосферний тиск Па. Вміст пилу в очище-ному повітрі не повинен перевищувати 10 мг/м³, к. к. д. вентилятора 0,75; передача до вентилятора – клиноподібний пас.

Розв'язування

1. При поліруванні (додаток Д) виділяється пил полірувальної пасти і текстильний пил з такими параметрами: медіанний діаметр частинок мкм; концентрація пилу в повітрі г/м³; гус­тина частинок кг/м³; об’єм аспіраційного повітря тис. м³/год на 1 верстак.

Для розрахунку приймаємо:

мкм; г/м³; кг/м³; м³/год на 1 верстак.

Тоді загальний об’єм аспіраційного повітря буде складати

2. Проектуємо встановлення рукавного фільтра з імпульсною реге-нерацією. Питоме газове навантаження буде рівне:

_,

де – нормативне питоме навантаження, яке залежить від виду пилу (табл. 3.7);

– коефіцієнт, який враховує особливості регенерації (табл. 3.8);

– коефіцієнт, який враховує вплив концентрації пилу на питоме газове навантаження (рис. 3.6);

– коефіцієнт, який враховує вплив дисперсного складу пилу (табл. 3.9);

– коефіцієнт, який враховує вплив температури (табл. 3.10);

– коефіцієнт, який враховує вимоги до якості очищення при мг/м³

3. Знаходимо фільтрувальну поверхню апарата

Приймаємо для наведених умов фільтр ФРКІ-60 (табл. 3.4) з лавсановою перегородкою. Розрахунковий надлишковий тиск Па.

4. Знаходимо густину і динамічну в’язкість повітря при робочих умовах, користуючись формулами (1.11) і (1.13) і додатком Д:

5. Визначаємо швидкість фільтрування , м/с, і швидкість повітря у вхідному патрубку , м/с:

,

де – висота і діаметр рукава, м (табл. 3.4).

6. Гідравлічний опір корпусу апарата знаходимо із співвід­ношення:

.

Приймаємо коефіцієнт гідравлічного опору корпусу .

Тоді

7. Знаходимо гідравлічний опір перегородки користуючись форму-лами (3.8) і (3.11), прийнявши тривалість циклу фільтру­вання τ = 900 с:

де – коефіцієнт, який характеризує опір фільтрувальної перего-родки (табл. 3.11);

– параметр опору шару пилу (табл. 3.12).

8. Гідравлічний опір фільтра буде рівний

,

тобто не виходить за межі допустимого (табл. 3.2).

9. Потужність електродвигуна вентилятора знаходимо за формулою

,

де – коефіцієнт запасу потужності електродвигуна;

– к. к. д. клиноремінної передачі;

– к. к. д. вентилятора.

Приклад 3.2. Вибрати фільтр зі зворотною продувкою. Визначити фільтрувальну площу, гідравлічний опір і тривалість циклу фільтрування для очищення газу від цементного пилу.

Вхідні дані: витрати очищуваних газів м³/год, темпера-тура °С, густина пилу кг/м³, концентрація пилу в очищуваних газах 30г/м³, медіанний діаметр частинок пилу мкм; час відключення секції на регенерацію с. Вимоги до очищеного газу: вміст пилу не повинен перевищувати 30 мг/м³.

Розв'язування

1. Визначаємо витрати газу при робочих умовах:

.

2. Користуючись формулою (1.13) і додатком Д знаходимо динамічну в’язкість газу при робочих умовах:

3. Знаходимо питоме навантаження користуючись формулою (3.3):

_.

За табл. 3.7 приймаємо м³/(м² · хв). Для фільтра зі зворотною продувкою: (табл. 3.8); (графік рис. 3.6); (табл. 3.9); (табл. 3.10); , враховуючи вимоги до очищеного газу.

Підставивши ці значення у формулу, одержимо

_.

4. Знаходимо швидкість фільтрування

5. Знаходимо гідравлічний опір фільтрувальної перегородки, користуючись формулами (3.8) і (3.11), оцінивши попередньо тривалість циклу фільтрування с:

.

Приймаємо: (табл. 3.11);

м/кг (табл. 3.12).

Тоді

Розрахований опір відповідає технічним вимогам (табл. 3.2 – тип 2), тому тривалість циклу фільтрування залишаємо с.

6. Визначаємо кількість регенерацій протягом 1 години

.

7. Розраховуємо об’єм газу, який витрачається на зворотну продувку, умовно приймаючи швидкість газу при зворотній продувці рівну швидко-сті при фільтруванні

8. Визначаємо фільтрувальну площу апарата

Для заданих умов приймаємо два восьмисекційних фільтри зі зворот-ною продувкою ФР-5000 (табл. 3.3).

9. За формулою (3.2) знаходимо площу фільтрування, яка виключається під час регенерації

де – число секцій, шт;

– площа однієї секції, м².

10. Уточнюємо кількість газу, яка витрачається на зворотну продувку протягом 1 години

11. Остаточно визначаємо необхідну площу фільтрування при умові використання 16 секцій (два фільтри ФР-5000)

12. Проводимо порівняння часу циклу фільтрування з часом, який затрачений на регенерацію секцій. При умові постійної регенерації однієї із секцій

В дійсності 900 > (16 – 1) · 40,

900>600

13. Отже, на регенерацію відключається почергово одна секція. Питоме навантаження при регенерації буде складати

тобто знаходиться в межах розрахункового, що забезпечує надійну експлуатацію апаратів.

Контрольні запитання

1. Поясніть суть та особливості очищення газів фільтруванням.

2. Наведіть класифікацію фільтрів для очищення газів.

3. Опишіть особливості застосування та класифікацію тканинних фільтрів.

4. Розкажіть про порядок очищення газів за допомогою рукавних фільтрів.

5. Опишіть конструкцію, призначення та використання волокнистих фільтрів тонкого очищення.

6. Розкрийте суть основних вимог до оптимальної конструкції волокнистих фільтрів тонкого очищення.

7. Охарактеризуйте особливості глибоких та грубоволокнистих фільтрів.

8. Наведіть класифікацію та особливості застосування зернистих фільтрів для очищення газів.

9. Опишіть порядок очищення газів зернистими фільтрами з нерухомим фільтрувальним шаром.

10. Розкажіть про особливості протікання процесу очищення газів у фільтрах з рухомими шарами зернистого матеріалу.

11. Опишіть суть технологічних розрахунків фільтрів для очищення газів.