Procedee si Echipamente pentru Epurarea Atmosferei

MEMORIU DE PREZENTARE

1. Generalitati

Pentru protectia atmosferei impotriva poluarii, aerul incarcat cu praf din instalatiile de desprafuire, conform actelor normative in vigoare, trebuie sa fie curatate de praf care apoi este evacuat in atmosfera. In cazul transportului in scop tehnologic, rolul separatorului de praf este de a desprinde materialul transportat din curentul de aer care urmeaza sa fie evacuat in atmosfera libera.

Instalatiile de desprafuire au drept scop captarea particulelor de substante degajate si evacuarea lor din spatiul incaperii. Ele se realizeaza pentru eliminarea pericolului de imbolnavire a muncitorilor, protejarea utilajelor de uzura rapida, protejarea aparaturii electrice si electronice existente in sectie, precum si pentru recuperarea substantelor pretioase in vederea reutilizarii lor.

La proiectarea instalatiilor de desprafuire este important sa se cunoasca atat natura si cantitatea substantelor degajate, cat si gama de dimensiuni ale particulelor mai ales ale celor fine, care nu se depun, mentinandu-se in suspensie in aer.

Deoarece realizarea si exploatarea instalatiilor de desprafuire implica costuri mari, este necesar sa se incerce mai intai ca prin procedee tehnologice sa se reduca cantitatile de praf degajate, sa se lucreze eventual cu materiale care produc pulberi mai putin periculoase.

Cicloanele au o intrebuintare larga in toate domeniile de captare a prafului si sunt folosite fie ca aparate individuale, fie montate in baterii.

Separarea prafului prin centrifugare nu este nelimitata. Se porneste prin calcul de la o limita care se considera maxima, sub aceasta limita praful nu mai poate fi retinut.

Ciclonul este un separator cu o deficienta initial admisa, dar al carui cost este in general mult mai mic decat al oricarui separator.

2. Descrierea instalatiei

Instalatia este formata din :

■ concasor ;

■ ciclon ;

■ epurator ;

■ ventilator ;

■ cos ;

■ 4 tronsoane.

Concasorul este acoperit cu o hota. Aerul impurificat este transportat cu o viteza de 12 m/s printr-un prim tronson lung de 28 m, cu 10 coturi la 90,catre ciclon.

Din ciclon, prin tronsonul al doilea cu o lungime de 23 m, cu 6 coturi de 90,gazul cu particule fine in suspensie, cu o viteza de 12 m/s, trece in epuratorul secundar unde are loc epurarea.

Pe tronsonul al treilea, care are lungimea de 18 m, cu 5 coturi la 90, viteza este de 9 m/s.

Pe tronsonul al patrulea, care are lungimea de 2 m, cu 1 cot la 60, gazele epurate sunt transportate cu o viteza de 6 m/s in ventilator iar de aici sunt ventilate in cos.

3. Ciclonul. Mod de functionare

Ciclonul este un aparat brevetat la sfarsitul sec.XIX. Este cel mai cunoscuc separator. Cicloanele sunt aparate care folosesc principiul de epurare centrifugal. Forta centrifugala ia nastere la introducerea tangentiala a unui curent de aer intr-un tub cilindric sau conic. Aceste aparate sunt cele mai folosite aparate pentru desprafuirea grosiera folosita in practica.

Ciclonul se compune dintr-o manta cilindrica din tabla, terminata la partea inferioara cu un con cu orificiu de evacuare a prafului. In interiorul mantalei se gaseste un tub cilindric de evacuare a aerului curatit.

Aerul incarcat cu praf este introdus tangential in partea superioara a mantalei capatand astfel o miscare dupa o spirala descendenta.

Datorita fortei centrifuge, particulele solide sunt proiectate pe peretii mantalei, sunt franate in miscarea lor si curg apoi spre conul inferior, aerul curatit iesind prin tubul interior central. Intrarea si iesirea gazelor se faceprin partea superioara. Evacuarea prafului se face in partea inferioara unde ciclonul este prevazut cu un buncar acesta avand o inclinatie mare fata de axa orozontala. Depunerea prafului in buncar se face sub actiunea fortei gravitationale. Pentru a se asigura o epurare eficienta, aerul impurificat trbuie sa execute in ciclon cel putin doua rotatii complete in jurul tubului central.

In anumite limite, gradul de separare al cicloanelor creste cu forta centrifuga, adica cu masa particulelor, cu viteza de rotire a particulelor, determinata de viteza de intrare tangentiala a amestecului si cu scaderea diametrului mantalei ciclonului. Din aceste motive, cicloanele se construiesc de obicei cu un diametru maxim de 1 m. Se realizeaza, de asemenea cicloane cu diametre mai mici de 50250 mm, ce se monteaza in baterii formand multicicloane.

Schita instalatie de epurare gaze

Alegerea materialului

Pentru cicloane folosite la temperatura de 20C se poate alege ca material de constructie a ciclonului OL 37 sau OL 42.2.K. pentru temperaturi mai ridicate se alege otel refractar.

Pentru ciclonul proiectat se alege OL 37.1.K.

4. Epuratorul secundar. Generalitati

Problema combaterii gazelor daunatoare in diverse industrii se pune, in primul rand pentru protectia atmosferei in zonele invecinate , combaterea prafului este indreptata mai ales spre imbunatatirea conditiilor de munca direct la locul de productie , unde praful actioneaza in afara de caile respiratorii si asupra ochilor, provocand leziuni mecanice sau chimice , ca si asupra pielii, avand uneori si actiuni asupra mai multor organe.

Fizicienii care s-au ocupat cel mai mult de teoria filtrarii au fost: Fuks (Rusia), Davis (Anglia), Kangro (Germania).

In general, fiecare firma producatoare de materiale filtrante are angajati care sa se ocupe de problemele legate direct de teoria filtrarii pe materialele produse in firma. Instalatiile pentru desprafuirea aerului cu ajutorul materialelor textile filtrante sub forma de saci cilindrici sau suprafete plane denumite filtre cu saci ,prezinla o larga utilizare in industrie alaturi de separatoarele umede.cicloane sau electrofiltre Acolo unde conditiile locale pretind un grad avansat de retinere a prafului ( zone locuite sau zone industriale pentru care praful chiar in cantitati mici este daunator activitatii), se recurge adesea la filtre cu saci, care in cazul exploatarii corecte dau rezultate foarte bune .Caracteristicile filtrelor se diferentiaza prin parametrii de lucru: debitul temperatura , umiditatea si actiunea chimica a gazelor, precum si prin posibilitatea de curatire a suprafetele filtrante colmatate si prin modul de evacuare a produselor retinute. De asemenea,intervin factori de eficienta si economicitate.

Din analizele efectuate a rezultat in mod evident ca gradul de incarcare a aerului cu praf respectiv concentratia conditioneaza in mare masura functionalitatea filtrelor cu sac. Astfel, la concentratii mari apare necesitatea curatirii la intervale foarte scurte a sacilor in caz contrar se produce colmatarea excesiva a acestora cu urmari nefavorabile asupra pierderilor de presiune a stabilitatii debitului de aer si a consumului specific de energie. Pentru a se evita aceasta situatie se decurge la diverse solutii constructive, cum sunt buncarele pentru decantare preliminara , care sunt adoptate in majoritatea cazurilor , conducte de gaze brute cu sectiune mare , prevazute cu dispozitive de evacuare a prafului, carcase cilindrice cu intrare tangentiala de tipul celor adoptate la filtrele-ciclon.

Unele tipuri de filtre sunt proiectate sa functioneze numai la aspiratie datorita particularitati lor functionale sau in scopul protejariiventilatorului de efectul de abraziune al prafurilor; altele pot fi utilizate numai la refulare sau mixt.

Praful retinut se depune pe suprafata interioara, iar gazul filtrat strabate de la interior spre exterior . in timpul curatirii , curentul de aer la modelele cu scuturare manuala sau semiautomata este intrerupt. La filtrele cu sisteme mai perfectionate se produce inversarea curentului. Pentru a se evita strivirea si opturarea sacilor, unele tipuri sunt prevazute cu inele de rigidizare care sunt fixate pe saci sau cu gratare metalice din vergele montate in interiorul sacilor.Acestea din urma prezinta dezavantajul ca in anumite situatii produc infundari.

La alte tipuri sensul normal de circulatie al gazelor este de la exterior la interior, iar in timpul curatirii invers.

Aceasta solutie este intilnita destul de fregvent la tipurile de filtre moderne care au sacii cilindrici cu diametre mici, dar si la filtrele de suprafata care au elementele filtrante de forma plana, cu spatii inguste in interior. Circulatia din exterior spre interior este avantajoasa prin faptul ca permite compactizari mai avansate a suprafetelor filtrante, pentru ca in spatiile din interiorul elementelor filtrante nu patrunde aer cu praf ci aer filtrat, iar depozitul de praf se aduna pe suprafata exterioara si prin aceasta posibilitatile de infundare sunt mai reduse.

Forma carcasei este un alt alt element distinctiv al filtrelor, carcasele cilindrice rezista mai bine la presiuni si in special la depresiuni mari, putand fi confectionate din tabla mai subtire. De asemenea , forma cilindrica permite realizarea treptei preliminare de separare a prafului prin cicloane. La filtrele cu carcase cilindrice se pot adopta dispozitive de curatire rotativa.

Ca dezavantaj al carcasei cilindrice este de mentionat limitarea marimii suprafetei filtrante si imposibilitatea constructiei modulate. Forma paralelipipedica este forma clasica a carcasei pentru majoritatea tipurilor de filtre. Prin modulare se obtine unitati mergand pana la o suprafata de 700^800 mp.

Din punct de vedere al sistemelor de evacuare a prafului , au fost identificate modele cu evacuare mecanizata, cu snecuri si ecluze care se intalnesc in majoritate si altele cu evacuare discontinua cu clapele montate la baza buncarelor, containere metalice sau saci de hartie.

Solutiile constructive sunt conditionate de debitul orar de praf, de faptul daca praful este deseu sau produs valorificabil si de modul cum se valorifica. Unele tipuri de filtre destinate pentru montare directa la silozuri sau depozite , pot fi lipsite de buncar si accesorii pentru evacuare prafului.

In cazul experimentarilor efectuate , s-a constatat ca principala conditie a evacuarii prafului este asigurarea unei etanseitati foarte bune impotriva patrunderii de aer fals. O realizare economica a sistemelor de evacuare a prafului colectat in filtre, este functionarea intermitenta a snecurilor si a ecluzelor, care cu ajutorul unui sistem de automatizare pornite cu putin timp inainte de inceperea ciclului de curatare a sacilor si sunt oprite dupa intreruperea scuturarii.

Un factor deosebit de important in asigurarea unei exploatari optime a filtrelor cu saci este modul de fixare a elementelor filtrante si cum este asigurat accesul pentru revizie sau pentru inlocuirea acestora. Un sistem de prindere necorespunzatoare poate duce la uzuri premature ale elementelor filtrante, cum este, de exemplu, cazul sistemelor cu coliere care uzeaza sacii la extremitati si poate provoca neajunsuri la intretinere , necesitand eforturi pentru montare , demontare sau pentru reglajul intinderii.

Sistemul clasic de fixare cu coliere s-a imbunatatit la tipurile modeme in utilizarea unor coliere inguste din tabla subtire flexibila, mecanisme de inchidere rapida , prevazute cu reglarea strangerii.

Caracteristicile materialului filtrant si al sistemelor de scuturare anfluentiaza in foarte mare masura de aplicatie al filtrelor pentru desprafuire. De materialul filtrant depinde eficienta filtrelor, consumul de energie pentru filtrare, limitele de temperatura la care poate functiona filtrul, costul intretinerii. Tesaturile naturale , lana si bumbacul, utilizate initial au fost inlocuite in prezent prin tesaturi din fibre sintetice , ale caror cantitati continuu ameliorate permit functionarea la temperaturi din ce in ce mai ridicate.

Dupa natura prafurilor de filtrare, abrazivitatea sau proprietatii le lor adezive, tesaturile pot fi netede sau scamoase , cu textura mai mult sau mai putin stransa . Pentru a evita cusatura longitudinala a sacilor , care reprezinta un important neajuns in ceea ce priveste confectionarea cat si mai ales , omogenitatea structurii acestuia , se foloseste procedeul de tricotare pe masini circulare.

Se face din ce in ce mai des apel la tesaturile din sticla siliconizata, care rezista la temperaturi de ordinul 250 grade Celsius , dar prezinta anumite dificultati in ceea ce priveste fragilitatea lor, si necesita sisteme de decolmatare prin contracurent de aer. Rolul dispozitivelor de curatire este de a indeparta de pe materialele filtrante praful care se acumuleaza pe parcursul filtrarii.

Daca mecanismele de curatire nu actioneaza la timp sau suficient de intens , materialul filtrant nu se poate regenera in mod corespunzator.in aceasta situatie apar acumulari remanente de praf care se amplifica in timp si duc la marirea pierderilor de presiune, la scaderea debitului si in cele din urma la scoaterea din functiune a intregii instalatii.

La cele mai multe tipuri de filtre , cu exceptia unor modele mai putin raspandite , curatirea este operatia care se realizeaza prin mai multe procedee. Cele mai mecanice actioneaza prin socuri produse prin mecanisme cu came sau prin vibratii longitudinale sau transversale produse cu electromagneti si cele cu inversarea curentului de aer. La sistemele semiautomate , curatirea se face la intervale mai mari , odata cu intreruperea din functiune a ventilatorului, de regula in timpul opririi cerute de procesele tehnologice. Asemenea sisteme actioneaza asupra unor grupuri de saci care nu sunt distribuiti pe compartimente. La filtrele cu sisteme de curatire automate, curatirea se executa la intervale precise comandate de sistemele de programare si care sunt stabilite in functie de parametrii de lucru ai filtrului. Periodicitatea curatirii se determina in functie de concentratia de praf, de solicitarea suprafetei filtrante si de capacitatea de acumulare cu praf a materialului filtrant in cursul unui ciclu, capacitatea care se stabileste experimental si depinde de limita care se impune pierderii de presiune.

5. Ventilatoarele. Dimensionare si caracteristici

Pentru ca aerul sa poata parcurge instalatia de la un capat la celalalt este necesar sa aiba o presiune care sa intretina miscarea aerului si sa invinga rezistentele opuse de elementele instalatiei de curgere. Aceasta presiune este imprimata de catre ventilatoare primn consumarea unei energii

Ventilatoarele sunt masini rotative care incarca aerul cu energia . Ele se compun dintr-o carcasa si un rotor actionat de un motor electric. Carcasa are doua racorduri din care unul pentru intrarea aerului si celalalt pentru iesirea aerului. Rotorul este alcatuit din palete care difera ca numar si forma in functie de tipul ventilatorului.

Prin invartirea rotorului, in dreptul racordului de intrare se produce o depresiune care aspira aerul an interiorul carcasei.

Aerul intrat in carcasa este supus unei forte centrifuge si comprimat. Dupa incarcarea cu energie, prin comprimare, aerul iese din carcasa si patrunde in tubulatura instalatiei.

Dupa forma lor constructiva si dupa directia pe care o are aerul care parcurge carcasa ventilatoarelor sunt de doua tipuri:

- centrifugale (radiale);

- axiale;

6.Amplasarea ciclonului, posibilitati de acces

Cicloanele se monteaza in exterior, pe cladire, pe console fixate in zidarie sau, daca au dimensiuni mari, se executa o constructie metalica speciala pentru sustinere.

Cicloanele sunt prevazute cu picioare de sustinere. Cand se monteaza pe fundatie de beton, sub aceste picioare se toarna cate un bloc de beton, prinderea ciclonului de aceste blocuri realizandu-se cu suruburi de ancorare. De aceea la turnarea blocurilor de beton se vor introduce in cofraj bucati de lemn in blocurile in care trebuie lasate gaurile pentru suruburile de ancorare. Pozitia acestor gauri se stabileste prin masurare pe ciclonul adus la santier.

Montarea se incepe la 5-7 zile de la turnarea betonului. Pentru mantarea cicloanelor grele se folosesc macarale. Inainte de montare se remediaza deformarile aparute in timpul transportului si manipularii.

Cicloanele mari vin pe santier neasamblate, asamblarea realizandu-se la locul de montare . La asamblare se pun in mod obligatoriu garnituri de carbon imbibate cu ulei de in la imbinarile cu flanse.

La instalatiile cu debite foarte mari se utilizeaza baterii de cicloane, alcatuite din mai multe cicloane montate intr-o incapere speciala. La aceste cicloane se mai executa caciuli de protectie, gurile de evacuare a aerului fiind legate la o tubulatura comuna.

7.Masuri speciale de protectia muncii avute in vedere la proiecterea separatorului

Personalul de intretinere va urmari:

- completarea acoperirilor (vopsea, metalizare, emailare);

- completarea izolatiei termice (la acele aparate care epureaza fluide calde) pentru a evita condensarile sau marirea gradului de umiditate in interiorul aparatului;

- starea garniturilor la racordarea cu conducte de aductiune si evacuare a fluidului de epurat si epurat (inlocuirea acestora cand nu mai sunt corespunzatoare);

- gradul de eroziune la interior pentru a se evita sparturi in manta sau depuneri din cauza acestor eroziuni;

- mentinerea protectiei contra coroziunii si regiunii a constructiei metalice care sustine aparatul, prin completarea partilor deteriorate;

- curatirea de zapada, polei, ghiata a scarilor de acces in timpul iernii, pentru a se evita accidente in cazul unor interventii pentru control si reparatii;

- curatirea de praf a microcicloanelor infundate ( multicicloane );

- acoperirea eventualelor crapaturi exterioare ( la cicloanele din beton armat) cu chituri corespunuatoare ( cu o buna aderenta si ancorare ) si acoperirea acestora cu material initial de protectie;

- verificarea, strangerea suruburilor de asamblare si inlocuirea celor uzate, atat la aparat cat si la asamblarea acestuia cu conductele respective;

- executarea reviziilor periodice conform planului de intretinere al instalatiei respective;

- verificarea continua a vitezei de intrare in ciclon este absolut necesara deoarecerezistentele cresc vertiginos odata cu cresterea acestei viteze;

- orice depunere pe conductele de intrare si an interiorul ciclonului micsoreaza sectiunea acestora si automat maresc vitezele de circulatie, deci rezistentele.

A) Calculul epuratorului primar

Calculul de dimensionare geometrica a ciclonului

Q_n - debitul de aer desprafuit, conform formulei

[ 1 ]

η - randamentul initial de epurare al ciclonului, conform formulei

[ 2 ]

C_n - concentratia de praf masurata in tubulatura de transport, se calculeaza cu formula:

[ 3 ]

Tabel 1: Corelatia intre diametrul particulei si fractia granulometrica

Se va calcula debitul nominal, cu ajutorul formulei de mai jos, luand diametrul maxim de 1.000 mm.

D_max = 1000 [ mm ]

Q_n = V_tr∙A_inc    [ m³/h] [ 4 ]

Unde : Q_n - debitul nominal

V_tr - viteza pe tronsonul 2, se va lua 12 m/s

A_inc - aria de iesire din multicliclon [ m² ]

V_tr = 12 m/s

O alta formula prin care se poate calcula debitul nominal este reprezentata in relatia [ 5 ] si depinde de numarul de ciclioane p.

Q_n = V_tr2∙A_ic∙p [ m³/h ] [ 5 ]

Unde: P - numarul de cicloane, trebuie sa fie un numar par,

A_ic - aria din iesirea aerului din ciclon

[ 6 ]

Diametrul interior initial se calculeaza conform formulei:

d_initial = 0,6∙D = 600 mm = 0,6 m [ 7 ]

Numarul de cicloane ( p ) se determina cu ajutorul formulei [ 5 ]

Se calculeaza diametrul tubului interior cu formula:

[ m ] [ 9 ]

m

Diametrul exterior al ciclonului se poate determina cu ajutorul formulei de la diametrul interior initial, [ 7 ]. Urmatoarele formule se refera la dimenionarea geometrica a ciclonului.

D - diametrul exterior al ciclonului

d = 0,6 ∙ D → D= d / 0 [ m ]

D = 1,0015 m

h - inaltimea tubului interior, se calculeaza cu formula:

h = 2 ∙ D = 2 ∙ 1,0015 = 2,0030 m [ 10 ]

H - inaltimea zonei superioare, se calculeaza cu formula:

H = 2,5 ∙ D = 2,5 ∙ 1,0015 = 2,5037 m [ 11 ]

C - inaltimea zonei tronconice, se calculeaza cu formula:

C = 3 ∙ D = 3 ∙ 1,0015 = 3,0045 m [ 12 ]

T - inaltimea ciclonului, se calculeaza cu formula:

T = 5,5 ∙ D = 5,5 ∙ 1,0015 = 5,5082 m [ 13 ]

m - distanta dintre axa zonei de intrare si flansa zonei de evacuare, se calculeaza cu formula:

m = 0,57 ∙ D = 0,57 ∙ 1,0015 = 0,5708 m [ 14 ]

R - raza de racordare a tronsonului de intrare, se calculeaza cu formula:

R= 3,1 ∙ D = 3,1 ∙ 1,0015 = 3,1046 m

f - distanta dintre axa zonei de evacuare si flansa tubului de intrare, se calculeaza cu formula:

f = 0,8 ∙ D = 0,8 ∙ 1,0015 = 0,8012 m [ 15 ]

Calculul vitezelor in ciclon

Fanta de intrare din ciclon

a - inaltimea tronsonului de intrare si se calculeaza cu formula:

a = 0,8 ∙ D = 0,8∙ 0,6009 = 0,8012 m [ 16 ]

b - latimea tronsonului de intrare, se calculeaza conform formulei:

b = 0,2 ∙ D = 0,2 ∙ 0,6009 = 0,2003 m [ 17 ]

W₀ este viteza reala de intrare a aerului in ciclon si se calculeaza conform formulei:

V_intrare = W₀ (viteza de intrare)

m/s [ 18 ]

m/s

Cu ajutorul teoremei triunghiurilor asemenea, vom putea calcula si celelalte 2 viteze: viteza tangentionala u₀ si viteza longitudinala v₀ a particulelor existente in aer.

Din egalitatea primei si ultimei fractii din formula de mai sus [ 19 ] se poate aflat viteza tangentiala u₀, conform relatiei.

[ m/s ] [ 20 ]

m/s

m/s

Din ultimele doua egalitati a formulei [ 19 ] se poate calcula viteza longitudinala cu ajutorul relatiei:

[ m/s ] [ 21 ]

[ m/s ]

m/s

m/s

Verificare:

Verificarea se face cu ajutorul formulei lui Pitagora, deoarece viteza particulei descompunandu-se in 3 viteze formau un triunghi dreptunghiular, unde viteza reala este ipotenuza triunghiului si se face conform formulei:

W₀²=U₀²+V₀² [ 22 ]

21,2043²= 6,4349²+20,2055²

449,6223=449,6701

Calculul lungimii de epurare

Deoarece randamentul nostru este de 77,8 %, diametrul particulei va fii ales din tabel si va fii aleasa cea mai mica valoare. In cazul nostru este vorba de un diametru de 5 μm.

L_ep - lungimea de epurare, lungimea pe care are loc deplasarea in miscare spirala.

C_c - lungimea conului, acesta se afla din asemanarea unor triunghiuri

Z - diametrul conului de evacuare

Z = 0,2 ∙ D=0,2003 [ m ] [ 23 ]

Lungimea de epurare dimensionata se calculeaza cu ajutorul relatiei.

L_ep = H - a/2 + C_c [ 24 ]

Cu ajutorul egalitatii de mai jos se poate calcula lungimea conului:

[ 25 ]

Lungimea conului se calculeaza cu formula:

[ m ] [ 26 ]

m

m

Dupa ce am aflat lungimea conului se poate calcula lungimea epuratorului dimensionata, conform relatiei [ 24 ], care poate fi scrisa si sub urmatoare forma:

[ m ] [ 27 ]

m

Trebuie sa vedem daca L_{epdimensionat} asigura η calculate si se va calcula lungimea epuratorului calculate, cu ajutorul formulei:

[ m ] [ 28 ]

Unde : υ_a - vascozitatea cinematica a aerului

β - coeficient care depinde de conditiile de epurare, avem conditii standard β = 2

ρ_a = 1,3 kg/m³

ρ_p = 2500 kg/m³

υ_a = 14∙10^-6

[ m ]

m

Dupa ce am calculate lungimea de epurare dimensionata si cea calculata, comparam cele 2 rezultate. Daca lungimea de dimensionare este mai mare ca cea calculata atunci pastram valorile calculate mai sus pentru dimensionarea ciclonului. Daca lungimea de dimensionare este mai mica ca tu lungimea calculata, atunci vom face niste corectii pe care le vom aplica la dimensionarea instalatiei, conform relatiilor de mai jos.

L_{epdimensionat}<L_epcalc vom modifica dimensiunile din schita ale epuratorului

∆L₀=L_epcalc - L_epdim [ m ] [ 29 ]

∆L₀= 4,9235 - 2,8542 = 2,0693 m

H′ = H + ∆L₀ = 2,5037 + 2,0693 = 4,5730 m [ 30 ]

T′ = T + ∆L₀ = 5,5082 + 2,0693 = 7,5775 m [ 31 ]

h′ = h + ∆L₀ = 2,003 + 2,0693 = 4,0723 m [ 32 ]

4. Calculul dimensiunii particulei critice

Particula critica este cea mai mica particula pe care o poate retine epuratorul. Diametrul particulei critice se calculeaza cu formula:

[ m ] [ 33 ]

m

m

Trebuie sa cunoastem fractiile granulometrice de la cel mai mic diametrul din intervalul in care ne aflam pana la particula critica si de la particula critica la diametrul maxim din interval. Pentru a putea calcula aceste fractii vom calcula diferenta diametrelor dintre particula critica si cea mai mica particula din interval, reprezentata prin x si diferenta dintre cea mai mare particula din interval si particula critica notata cu y.

μm [ 34 ]

μm [ 35 ]

Fractia granulometrica pana la particula critica se calculeaza cu formula:

[ % ] [ 36 ]

%

Fractia granulometrica de la particula critica pana la particula cea mai mare din interval, se calculeaza cu formula:

[ % ] [ 37 ]

%

Pentru a fii siguri ca am calculat bine vom verifica daca suma celor doua fractii granulometrice calculate anterior sunt egale cu fractia granulometrica pe intervalul in care se afla particula critica, daca da atunci calculul a fost facut corect, daca nu se verifica inca odata calculele. Verificarea se face conform relatiei:

[ 38 ]

q_i = 11,6144 + 0,2856 = 11,9

Calculul randamentului de epurare

Pentru a putea evidentia mai bine eficacitatea epuratorului trebuie calculate randamentele pentru fiecare interval de diametre, (pana la particula critica, deoarece dupa aceea avem un randament de 100% ) dar se vor lua diametrul mediu de pe intervalul respective.

Randamentul se va calcula conform relatiei:

[ 39 ]

Unde: β = 2, coeficientul care depinde de conditiile de epurare, conditii standard [ - ]

v₀ - viteza longitudinala a particulei [ m/s ]

u₀ - viteza tangentiala a particulei [ m/s ]

d_p - diametrul mediu a particulei [ m ]

D - diametrul exterior al ciclonului [ m ]

ρ_p = 2500 kg/ m³, densitatea particulei

ρa= 1,3 kg/m³, densitatea aerului

L₀ - in cazul nostru este lungimea calculata

υ₀ = 14 ∙10^-6 vascozitatea cinematica a aerului

randamentul pentru particule cu diametrul mai mic de 1 μm

randamentul pentru particule cu diametrul intre 1 - 3 μm, diametrul mediu este de 2 μm

randamentul pentru particule cu diametrul intre 3 - 5 μm, diametrul mediu este de 4 μm

randamentul pentru particule cu diametrul intre 5 - 5,12 μm, cu diametrul mediu de 5,06 μm

Fractiunile de impuritati ramase neepurate se calculeaza dupa formula:

q_iR = q_i(1-η_i) [ 40 ]

q_iR - fractiunile de impuritati ramase neepurate, dupa prima faza de eliminare a noxelor din multiciclon

η_i - numar zecimal < 1

q_iR = q_i(100-η_i*)/100 [ 41 ]

η_i - randamentul pe fractiunea de impuritati cu diametrul dp_med [ % ]

q_iR = q_i (100 - η*)/100 [ 42 ]

fractiunile de impuritati ramase neepurate, pentru un diametrul mediu al particulei de 1 μm

q_1R = 1,1(100-1,92)/100 = 1,0788

fractiunile de impuritati ramase neepurate, pentru un diametrul mediu al particulei de 2 μm

q_2R = 2,1(100-7,918)/100 = 1,9337

fractiunile de impuritati ramase neepurate, pentru un diametrul mediu al particulei de 4 μm

q_4R = 10,9(100-37,42)/100 = 6,8670

fractiunile de impuritati ramase neepurate, pentru un diametrul mediu al particulei de 5,06 μm

q_5,06R = 0,29(100-83,76)/100 = 0,0409

fractiunile de impuritati ramase neepurate, pentru un diametrul mediu al particulei de 7,56 μm

q_7,56R = 11,61(100-100)/100 = 0

Vom calcula suma tuturor fractiunilor de impuritati ramase neepurate:

Σq_iR=9,9266

Fractiunile de impurificatori la iesirea din prima treapta de impurificare, raportate nu la intrare ci la iesirea din recuperator se vor calcula cu formula:

[ 43 ]

q_iE - fractiunile de impurificatori la iesirea din prima treapta de impurificare, raportate nu la intrare ci la iesirea din recuperator

[ 44 ]

fractiunile de impurificatori pentru un diametru mediu de 1 μm

q_1E = 1,07888∙100/9,9266 = 10,8684

fractiunile de impurificatori pentru un diametru mediu de 2 μm

q_2E = 1,933722∙100/9,9266 = 19,4800

fractiunile de impurificatori pentru un diametru mediu de 4 μm

q_4E = 6,867∙10,0738 = 69,17678

fractiunile de impurificatori pentru un diametru mediu de 5,06 μm

q_5,06E = 0,047096∙10,0738 = 0,47443

fractiunile de impurificatori pentru un diametru mediu de 7,56 μm

q_7,56E = 0∙10,0738 = 0

Randamentul total al primului epurator se va calcula cu formula:

[ % ] [ 45 ]

%

6. Calculul concentratiei de impurificatori dupa prima treapta de epurare

Concentratia de impurificare se calculeaza cu formula:

C_E = C_i(1-η_t) [ mg/m³] [ 46 ]

C_E = C_i(100-η_t*)∙1/100 [ mg/m³ ] [ 47 ]

Unde: C_E - concentratia de impurificare [ mg/m³ ]

C_i - concentratia de praf masurata in tubulatura de transport [ mg/m³ ]

η_t - randamentul total [ % ]

C_E = 155 (100-90,11)/100 = 15,3295 mg/m³

C_E < CMA ( 20 - 50) mg/m³

7. Timpul de evacuare (curatire) al instalatiei

Se va calcula densitatea aparenta de praf cu formula:

[ kg/m³ ] [ 48 ]

Unde: k_p = 0,5 - coeficientul de porozitate

ρ_p - densitatea particulei [ kg/m³ ]

kg/m³

Volumul de praf se calculeaza cu formula:

V_p = V_pc + V_pk [ 49 ]

Unde: V_pc - volumul partii conice

V_pk - volumul partii cilindrice

[ m³ ] [ 50 ]

m³

Masa de praf se va calcula cu formula:

M_p = V_p ∙ ρ_apraf [ kg ] [ 51 ]

Unde: V_p - volumul de praf [ m³ ]

ρ_ap - densitatea aparenta de praf [ kg/m³ ]

kg

Timpul de curatire al instalatiei se calculeaza cu formula:

[ h ] [ 52 ]

Unde: M_p - masa de praf [ kg ]

p - numarul de cicloane [ - ]

Q - debitul de praf [ m³/h ]

C - concentratia de praf [ mg/m³ ]

η_t - randamentul total <

h

B) Calculul epuratorului secundar (filtru)

Calculul filtrului

Calculul suprafetei filtrante se calculeaza cu formula:

S_f=Q_n/P_erm [ m² ] [ 53 ]

Unde: Q_n - debitul de aer desprafuit m³/h

P_{ermeabilitate}= 1400 m³/m²h

S_f=49000/1400=35 m²

Calculul randamentului de epurare pe materialul filtrant, se calculeaza cu formula:

[ % ] [ 54 ]

Unde:

d_ipm - diametrul mediu din tabelul cu distributia granulometrica [ μm ]

μm

V_f - viteza aerului ce trece prin filtru [ m/s ]

Viteza depinde de permeabilitatea filtrului si se calculeaza cu relatia:

[ m/s ] [ 55 ]

V_f = 0,3888 m/s

Acum se poate calcula randamentele pentru diametrele medii ale particulelor de impuritati.

a)      Randamentul final pentru particule de impuritate cu diametrul mediu de 1 μm.

%

%

b)      Randamentul final pentru particule de impuritate cu diametrul mediu de 2 μm.

%

%

c)      Randamentul final pentru particule de impuritate cu diametrul mediu de 4 μm.

%

%

d)      Randamentul final pentru particule de impuritate cu diametrul mediu de 5,06 μm.

%

%

Randamentul total al filtrului se calculeaza cu formula:

[ % ] [ 56 ]

Unde: η_fi - randamentul final pentru particula de impuritate cu diametrul mediu i.

q_Ei - fractiunile de impurificatori la iesirea din prima treapta de impurificare, raportate nu la intrare ci la iesirea din recuperator

%

%

d_pcrt Є (5 - 10) μm

Fractiunile de impuritati finale ramase neepurate se calculeaza cu formula:

q_iF=q_iE(100 - η_f)/100 [ % ] [ 57 ]

unde: q_iE - fractiunile de impurificator la iesirea din prima faza de impurificare, raportate nu la intrare ci la iesirea din recuperator

η_f - randamentul final

se calculeaza fractiunile de impuritati finale ramase neepurate pentru particule cu diametrul mediu de 1 μm:

q_1F=10,8684(100 - 52,59)/100=5,1527    %

se calculeaza fractiunile de impuritati finale ramase neepurate pentru particule cu diametrul mediu de 2 μm:

q_2F=19,4800(100 - 89,62)/100=2,0220    %

se calculeaza fractiunile de impuritati finale ramase neepurate pentru particule cu diametrul mediu de 4 μm:

q_2F=69,1767(100 - 100)/100= 0 %

Din acest moment nu se vor mai calcula fractiunile de impuritati finale neepurate pentru celelalte particule cu diametrul mediu mai mare, pentru ca avem un randament de 100 %, ceea ce rezulta ca nu avem fractiunile ramase neepurate.

Se va calcula suma acestor fractiuni ramase neepurate.

Σq_iF=7,1747 %

Fractiunile de impurificatori totali se calculeaza cu formula:

q_iFf=q_iF∙100/Σq_iF    [ 58 ]

unde: q_iF - fractiunile de impuritati finale ramase neepurate pentru un diametrul mediu "i"

se calculeaza fractiunile de impurificatori totali pentru un diametrul mediu de 1 μm:

q_1Ff=5,1527∙100/7,1747=71,8176 %

se calculeaza fractiunile de impurificatori totali pentru un diametrul mediu de 2 μm:

q_2Ff=2,0220∙100/7,1747=28,1823 %

Concentratia finala se calculeaza cu relatia:

C_F = C_E(100 - η_tf)/100 [ mg/m³ ] [ 59 ]

Unde : C_F - concentratia finala [ mg/m³ ]

C_E - concentratia de impurificare [ mg/m³ ]

η_tf - randamentul final [ % ]

C_F = 15,32(100 - 92,82)/100 = 1,0999 mg/m³

C) Calculul instalatiei de transport a gazelor

Calculul pierderilor locale de presiune pe instalatia de transport a gazelor

1.1 Calculul pierderilor de presiune pe tronsonul 1

pierderi locale (distribuite)

pierderi liniare

a) Calculul pierderilor de presiune locale

pierderile de presiune locale pe tronsonul 1 se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 60 ]

Unde: ξ - coeficient de pierdere de presiune; valoarea lui difera in functie de coturi, ramuri si hote

ρ _a- densitatea aerului

V - viteza aerului pe tronson

o       pierderile de presiune pe hota de captura din instalatia de sablare se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 61 ]

Unde: - coeficientul pierderii de presiune in hota

N/m²

o       pierderile de presiune din coturi se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 62 ]

Unde: - coeficientul pierderii de presiune din coturi

N=10 - numarul de coturi pe tronsonul 1

N/m²

o       pierderile de presiune din ramificatii se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 63 ]

Unde: - coeficientul pierderii de presiune in ramificatii

N=1 - numarul de ramificatii pe tronsonul 1

N/m²

- pierderile de presiune pe tronsonul 2

o       pierderile de presiune pe hota de captura din instalatia de sablare

N/m²

o       pierderile de presiune din coturi

N/m²

o       pierderile de presiune din ramificatii

N/m²

pierderile de presiune pe tronsonul 3

opierderile de presiune pe hota de captura din instalatia de sablare

N/m²

o       pierderile de presiune din coturi

N/m²

- pierderile de presiune pe tronsonul 4

o       pierderile de presiune pe hota de captura din instalatia de sablare

N/m²

o       pierderile de presiune din coturi

N/m²

b) Calculul pierderilor de presiune liniare

- pierderea de presiune liniara pe tronsonul 1 se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 64 ]

Unde: λ₁ - coeficientul de pierdere de presiune liniara

L₁ - lungimea tronsonului 1

ρ_a - densitatea aerului

V₁ - viteza aerului pe tronsonul 1

D₁ - diametrul tronsonului si se calculeaza cu formula:

[ m ] [ 65 ]

Unde: Q_n - debitul de aer desprafuit [ m³/h ]

m

[ m³/h ] [ 66 ]

m³/h

Coeficientul de pierdere de presiune liniara, pe tronsonul 1, se calculeaza cu formula:

[ 67 ]

[ 68 ]

N/m²

pierderea de presiune pe tronsonul 2

[ N/m² ] [ 69 ]

Unde: λ₂ - coeficientul de pierdere de presiune liniara

L₂ - lungimea tronsonului 2

ρ_a - densitatea aerului

V₂ - viteza aerului pe tronsonul 2

D₂ - diametrul tronsonului si se calculeaza cu formula:

[ m ]

m

[ m³/h ]

m³/h

Coeficientul de pierdere de presiune liniara, pe tronsonul 2, se calculeaza cu formula:

N/m²

pierderea de presiune pe tronsonul 3

N/m² [ 70 ]

Unde: λ₃ - coeficientul de pierdere de presiune liniara

L₃ - lungimea tronsonului 3

ρ_a - densitatea aerului

V₃ - viteza aerului pe tronsonul 3

D₃ - diametrul tronsonului si se calculeaza cu formula

m

m

Coeficientul de pierdere de presiune liniara, pe tronsonul 3, se calculeaza cu formula:

N/m²

pierderea de presiune pe tronsonul 4

N/m² [ 71 ]

Unde: λ₄ - coeficientul de pierdere de presiune liniara

L₄ - lungimea tronsonului 4

ρ_a - densitatea aerului

V₄ - viteza aerului pe tronsonul 4

D₄ - diametrul tronsonului si se calculeaza cu formula

m

m

Coeficientul de pierdere de presiune liniara, pe tronsonul 3, se calculeaza cu formula:

N/m²

2 Calculul de presiune in aparate

2.1 Multiciclon

Calculul de presiune in aparate se calculeaza cu formula:

[ N/m² ] [ 72 ]

ξ_ciclon - se determina pe baza unui calcul de pierdere de presiune intr-un ciclon standard de 500 mm

k₁ - coeficient ce tine cont de diametrul ciclonului

k₂ - coeficient ce tine cont de numarul de miscari spirala in ciclon

D - diametrul exterior al ciclonului

Coeficientul ce tine cont de diametrul ciclonului se calculeaza cu formula:

[ 73 ]

Coeficientul ce tine cont de numarul de miscari spirala in ciclon, se calculeaza cu relatia:

[ 74 ]

N/m²

2.2 Filtrul

Pierderea de presiune in filtru se calculeaza cu formula:

Pa [ 75 ]

∆p_neimbacsit=200 Pa

2.3 Ventilatorul

∆p_ventilator= 150 Pa

2.4 Cosul de evacuare

∆p_2.4a - pierderea de presiune datorata inaltimii cosului, se calculeaza cu formula:

N/m² [ 76 ]

Unde: ρ_a - densitatea aerului

g - acceleratia gravitationala

H_cos = 30 m, inaltimea cosului

∆p_2.4b - pierderea de presiune datorata miscarii liniare in cos

N/m² [ 77 ]

Unde: V_cos = 3 m/s - viteza aerului la cos

D_cos - diametrul cosului

V_cos - viteza aerului la iesirea din cos

ρ_a - densitatea aerului

H_cos = 30 m, inaltimea cosului

λ_cos - coeficientul de prierdere de presiune liniara la iesirea aerului din cos

Diametrul cosului se calculeaza cu formula:

[ m ] [ 78 ]

m

Coeficientul de prierdere de presiune liniara la iesirea aerului din cos, se calculeaza cu formula:

N/m²

Pierderea totala de presiune

∆p_total=Σ∆p_x [ N/m² ]

Alegerea ventilatorului de antrenare

se ia din catalog

N_t - puterea teoretica de antrenare a ventilatorului

[ W ]

W

KW

Puterea reala a motorului de antrenare, se calculeaza cu formula:

[ KW ]

Unde: k_M - coeficientul de transfer a energiei mecanice din miscare de rotatie in miscare a gazelor

η_M = 0,9

k_E - coeficientul de transfer a energiei electrice in energie mecanica

η_E = (0,8 - 0,9)

η_E = 0,8 - N_t > 50 KW

η_E = 0,9 - N_t < 50 KW

N_t= 45,9963 KW → η_E = 0,9

KW

Ventilatorul:

Q_n = 50.000 m³/h

∆p = 346 mmca

Tip: V32T-1400/1

Motor: 75 KW

n: 1.000 rot./min.