tính toán thiết kế hệ thống cyclone

Đề bài:Thiết kế Cyclone để thu hồi hạt rắn có kích thước phân bố theo bảng cho dưới.. Chọn một trong hai loại Cyclone để được hạt 10µm.. Tính các kích thước của cyclone, số lượng cyclone

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LỚP DH08HH

  

MÔN HỌC:

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BÀI TẬP:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CYCLONE

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: PGS.TS Trương Vĩnh Đào Tiến Học (08139090)

Tháng 10/2011

I. Đề bài:

Thiết kế Cyclone để thu hồi hạt rắn có kích thước phân bố theo bảng cho dưới Khối lượng riêng của hạt là ρ = 2011 kg/cm3 và sử dụng khí CO2 ở 200oC Biết dòng lưu lượng của khí CO2 ra là Q2 = 7000 m3/h tại 1atm

Chọn một trong hai loại Cyclone để được hạt 10µm

1 Tính các kích thước của cyclone, số lượng cyclone?

2 Tính hiệu suất trung bình của cyclone?

3 Tính phần trăm mà hạt 10µm được lắng?

4 Vẽ đồ thị hiệu suất?

5 Tính trở lực?

Kích thước hạt (μm) 50 40 35 25 10 5 2

II. Bài làm:

Khi 30% lượng hạt có kích thước nhỏ hơn 10µm, ta chọn kiểu cyclon hiệu suất cao Lưu lượng dòng nhập liệu là:

Q = (7000/3600) = 1,9444 ( m3/s)

Tiết diện ống vào, ở vận tốc dòng 15 m/s là:

S = (Q/v)= 1,944 /15 = 0,1296 (m2)

Theo hình 10.44a diện tích của ống vào là:

S = 0.5Dc * 0.2Dc = 0,1296 (m2)

Vậy đường kính của cyclone là:

Dc = 1,1384 (m)

Thiết bị này quá lớn so với đường kính thiết kế chuẩn là Dc = 0,203m nên ta chọn hệ thống gồm 8 cylone mới mắc song song với nhau

Lưu lượng của mỗi cylone:

Q2 = Q/8 = 1,9444/8 = 0,2431 ( m3/s) = 875 ( m3/h)

Tiết diện ống vào, ở vận tốc dòng 15 m/s là:

S = (Q/v) = 0,2431/15 = 0,0162 (m2)

Theo hình 10.44a diện tích của ống vào là:

S = 0.5Dc * 0.2Dc = 0,0162 (m2)

Suy ra, đường kính của mỗi cyclone:

Dc2 = 0,4025 (m)

Khối lượng riêng của CO2 ở 200oC:

ρ = (44/22.4) * (273/473) = 1,1337 ( kg/m3)

Hệ số tỉ lệ:

[(Dc2 /Dc1)3 * (Q1/Q2) * (∆ρ1/∆ρ2) * (µ2/µ1)]1/2 =

= [(0,4025/0,203)3 * (223/875)*(2000/2011)*(0,0224/0,018)] = 2,4587

Trong đó:

Dc1 : đường kính của cylone chuẩn, m

Dc2 : đường kính của cylone đề nghị, m

Q1 : lưu lượng chuẩn kiểu hiệu suất cao, m3/h

Q2 : lưu lượng dòng đề nghị, m3/h

∆ρ1: khác biệt khối lượng riêng giữa chất rắn và khí trong điều kiện chuẩn, kg/m3 ∆ρ2: khác biệt khối lượng riêng giữa chất rắn và khí trong điều kiện thiết kế, kg/m3

µ2= 0,0224 Pa.s : độ nhớt CO2

µ1= 0,018 Pa.s : độ nhớt khí chuẩn tại 20oC

Các tính toán hiệu suất, sử dụng hệ số tỉ lệ và hình 10.45a, được trình bày trong bảng dưới đây:

Tính toán hiệu suất thiết kế cyclone:

Kích

thước hạt

(µm)

Kích thước trung bình

Tỉ lệ khối lượng

(Kích thước hạt trung bình) ÷ (hệ

số tỉ lệ)2.4587

Hiệu suất thu hồi ở kích thước đã tỉ lệ(%)

Hiệu suất chung

∑(3*5)/100

Hiệu suất đạt 92,3% > 80% : đạt yêu cầu

Đồ thị:

Hiệu suất thu hồi hạt 10 µm là:

H = 15,931 * ln(10) + 44,181 = 80,86%

Tính toán trở lực:

- Tiết diện cửa nạp liệu:

A1 = 0, 5Dc * 0,2Dc =0,0162 m2

- Diện tích bề mặt của cyclon:

As = π Dc 2 x (1,5+ 2,5) = 2,0358 m2

Với ƒc lấy là 0,005, ta có:

- Hệ số ψ = ƒc * (As/A1) = 0,005 * (2,0358/ 0,0162 ) = 0,6283

rt = (Dc - 0,2 Dc)/2= 0,161 m

re = (0,5*Dc)/2= 0,1006 m Suy ra, rt/re = 1,6

Từ hình 10.47, ta được ø = 0,85

Vận tốc khí vào:

u1 = 875/0,0162 = 54012,35 m/h = 15 m/s

Diện tích cửa thoát khí:

So = (π *( 0,5*Dc)2)/4 = 0,031810 m2

Suy ra vận tốc dòng khí thoát:

u2 =875/0,031810 = 27507 m/h = 7,6 m/s

Ta có tổn thất áp suất (trở lực):

∆P = 1,1337 /203[15 2[ 1 + 2 x 0,852(2 x 1,6 -1)] + 2 x 7,6 2] = 7,404 mmbar