Вибір і розрахунок насадок

При виборі фільтрувальної насадки до тієї чи іншої конструкції магнітного очисного апарата враховуються магнітні та антикорозійні властивості, складність виготовлення (чи придбання), а також вартість.

Важливою характеристикою насадки є втрати напору в ній, що функціонально залежать від густини і кінематичної в’язкості середо-вища , пористості і довжини насадки , діаметра (характерного розмі-ру) її гранул , швидкості фільтрування , а в універсальнішому вигляді – від числа Рейнольдса . При цьому найцінніші для ті залежності, які показують роль кожного з наведених параметрів у явному, степеневому вигляді, що часто необхідно для оперативного забезпечення (і коректування) значень втрат напору в рамках вимог технологічного процесу. Зокрема, така задача практично завжди стоїть при використанні магнітних фільтрів-осаджувачів у цілій низці суворо регламентованих технологічних схем:

- виробництві неконцентрованої азотної кислоти;

- перекачування аміаку;

- розподілення природного газу споживачам;

- витягування відхідних газів тощо.

Рисунок 7.9 – Двоканальний фільтр-осаджувач з внутрішньою намагнічувальною системою з постійними магнітами:

1 – корпус каналу; 2 – пакет постійних магнітів, які мають можливість повороту або відведення; 3 – насадка; 4 – елементи магнітопроводу

В достатньо широкому діапазоні практично з точністю до постійних коефіцієнтів і справедливі такі формули для режимів:

ламінарного:

. (7.6)

турбулентного:

. (7.7)

Перехід від ламінарного до турбулентного режиму порівняно чіткий (незатяжний) і приходиться на критичне число Рейнольдса . Для засипок з шарів і . Для інших засипок значення і трохи вище: для чавунного дробу – в 1,1...1,2 рази, дробленого фериту – в 2,5...З рази, дробленої стружки – в 3,5...4 рази.

Якщо для зручності закруглити показник степеня при ω, компенсуючи це відповідним множником, то альтернативно до формул (7.6) і (7.7):

, (7.8)

. (7.9)

при збільшених коефіцієнтах і в 1,1...1,2 рази. Наприклад, для шарових насадок і .

Для окремого випадку засипки шарів однакового діаметра, коли їх пористість практично постійна (при порівняно малих діаметрах колонок пористість дещо залежить від відносного габариту ), для діапазону справедливі такі формули:

, (7.10)

. (7.11)

При , коли пористість засипки шарів стає постійним числом,

, (7.12)

, (7.13)

відповідно для ламінарного і турбулентного режимів руху потоку середовища, яке очищається.

Своєрідним елементом насадки фільтра-осаджувача можна вважати „оболонку” насадки, тобто робочий корпус, який при відсутності спеціальних конструктивних рішень (див. рис. 7.5) помітно впливає на намагнічування насадки, а відповідно і на її сорбційні властивості. В рекомендаціях з конструювання магнітних очисних апаратів зазначається, що матеріал корпусу, в якому знаходиться насадка, повинен бути виготов-леним з неферомагнітного матеріалу. В цьому випадку, по-перше, виключається часткове проходження магнітного потоку в обхід насадки і, по-друге, при використанні багатьох неферомагнітних матеріалів убезпе-чуються додаткова корозія та забруднення середовища, яке очищається. Проте фактор корозії корпусу може бути усунений звичайними засобами, а фактор магнітного шунтування насадки зводиться на ніщо при відпо-відному обмеженні стінки корпусу. При цьому в магнітному колі очисного апарата усуваються несприятливі розриви, що підвищує рівень намаг-нічування робочого органу – фільтрувальної насадки (в основному за рахунок ліквідації досить значної магнітної напруги в „розривах” і заглушення розмагнічувального фактора насадки).

Для випадків поперечного намагнічування насадки (див. рис. 7.5… 7.9) товщина стінки вибирається з умови:

; (7.14)

а для поздовжнього намагнічування:

. (7.15)

При цьому підвищенню економічності та ефективності роботи очисного апарата сприяє і та обставина, що більш роботоздатними стають багаточисельні точки контакту гранул з поверхнею феромагнітного корпусу.

Приклад 7.1. Розрахувати фільтр-осаджувач першої групи (рис. 7.2) для магнітофільтраційного очищення газів об’ємом м³/год при швидкості см/с (250 м/год) і температурі °С.

Розв'язування

1. Приймаємо:

- напруженість намагнічувального поля кА/м;

- довжина насадки (котушки) м;

- провід котушки мідний, поперечним перерізом мм²;

- коефіцієнт, який враховує заповнення проводом вікна котушки, ;

- густина струму А/мм².

2. Знаходимо питомий опір проводупри робочій температурі

де – питомий опір міді при °С;

– температурний коефіцієнт опору (для чистих металів ).

3. Визначаємо намагнічувальну силу котушки

.

4. Площа вікна намотування буде рівна

5. Розраховуємо кількість витків котушки

.

6. Внутрішній діаметр соленоїда знаходимо з найдоцільнішого критерію . Тобто

Приймаємо

7. Зовнішній діаметр соленоїда буде рівний

.

8. Визначаємо параметр об’єму котушки

.

9. Знаходимо довжину проводу котушки

.

10. Опір котушки буде рівний

11. Знаходимо величину напруги

12. Потужність котушки буде рівна

13. Знаходимо масу котушки

де – густина матеріалу проводу.

Приклад 7.2. Розрахувати основні конструктивні параметри фільтра-осаджувача другої групи (рис. 7.6)продуктивністю м³/год ікількістю каналів при напруженості намагнічувального поля кА/м, середній індукції в стружковій насадці Тл і швидкості фільтрування см/с (250 м/год).

Розв'язування

1. Діаметр каналу знаходимо за формулою:

2. Знаходимо намагнічувальну силу котушки:

3. Діаметр осердя визначаємо зі співвідношення

де Тл – індукція відпаленої низьковуглецевої сталі.

4. Зі співвідношення знаходимо довжину осердя

де кА/м – напруженість відпаленої низьковуглецевої сталі.

5. Відстань між поясами осердь знаходимо, враховуючи, що

,

,

Приклад 7.3. Розрахувати основні конструктивні параметри фільт-ра-осаджувача з зовнішньою (рис. 7.7) намагнічувальною системою з постійних магнітів продуктивністю 500 м³/год, якщо напруженість на­магнічувального поля кА/м, середня індукція в насадці Т, швидкість фільтрування м/год.

Розв'язування

1. Виходячи з продуктивності фільтра, приймаємо довжину насадки м. Тоді діаметр корпусу буде рівний

Приймаємо м.

2. Із співвідношення знаходимо товщину пакета магнітів

де – середнє значення напруженості магнітного поля (для магнітів марки 22 РА 220 = 122 кА/м).

3. Ширину пакета магнітів визначаємо зі співвідношення

де – коефіцієнт розсіювання магнітного потоку;

– середнє значення індукції (для магнітів марки 22РА220 Т).

Контрольні запитання

1. Розкрийте сутність процесу магнітного очищення газів та можливості його застосування.

2. Охарактеризуйте переваги магнітного очищення газів порівняно з їх традиційним очищенням.

3. Наведіть класифікацію основних груп апаратів для магнітофільтраційного очищення газів.

4. Розкажіть про особливості конструкції електромагнітних фільтрів з осердям-насадкою.

5. Поясніть вимоги до вибору та розрахунку конструкції фільтрів-осаджувачів.

6. Охарактеризуйте вимоги до багатополюсних фільтрів з „відділени-ми” електромагнітами.

7. Проаналізуйте переваги фільтрів з „відділеними” постійними магнітами.

8. Опишіть послідовність вибору та розрахунку фільтрувальних наса-док для апаратів магнітофільтраційного очищення газів.