UOGiP wyk 3-odpylanie, BHP

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Urządzenia oczyszczania gazów i powietrza
Pojęcia podstawowe
Wykład 3
Aerozol jest układem dwu- lub trójfazowym składającym się
ze stałej lub ciekłej fazy rozproszonej oraz gazowego
ośrodka dyspersyjnego – „nośnika”. Układ ten musi spełniać
warunek stabilności.
Pył jest to faza stała w postaci cząstek mniejszych od 300
µ
m, rozproszona w gazowym ośrodku dyspersyjnym –
tworząc postać aerozolu lub w postaci usypanej warstwy.
Mgła jest aerozolem zawierającym rozproszone kropelki
cieczy o średnicach poniżej 10
µ
m powstałe w wyniku
dyspersji lub kondensacji.
Dr inż. Jerzy Sowa
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa
Politechnika Warszawska
Odpylanie i okraplanie
Powierzchnia ziarna pyłu
Istotą procesów odpylania i odkraplania jest oddzielenie
cząstek fazy stałej lub ciekłej od fazy gazowej,
stanowiącej fazę ciągłą - nośnik, w której rozproszone
są cząstki.
Charakter porów ziaren pyłu wpływa na wielkość
powierzchni ziarna, przy czym może być ona definiowana
jako:
– powierzchnia projekcyjna ziarna A
p
czyli powierzchnia rzutu
ziarna na płaszczyznę;
– powierzchnia zewnętrzna (kinetyczna) A
k
, czyli całkowita
powierzchnia zewnętrzna ziarna wraz z powierzchniami otworów
porów na niej, ale nie obejmująca powierzchni wewnętrznej
porów otwartych, półotwartych i zamkniętych;
– powierzchnia całkowita (statyczna) ziarna A
s
, czyli powierzchnia
zewnętrzna wraz z powierzchnią porów otwartych i półotwartych,
ale bez powierzchni porów zamkniętych.
W przypadku gdy oddzielane są cząstki stałe mówimy o
odpylaniu, natomiast gdy oddzielane są cząstki cieczy,
wtedy mówimy o odkraplaniu lub odemglaniu lub
ogólnie - rozdzielaniu aerozoli.
Objętość ziarna pyłu
Powierzchnie właściwe ziarna i
porowatość
Pojęciom powierzchni zewnętrznej i całkowitej odpowiadają podobnie
definiowane (ze względu na udział porów) objętości:
- objętość całkowita (kinetyczna, pozorna) V
k
- jest sumą objętości
litego, nieporowatego materiału tworzącego ziarno i wszystkich
jego porów;
- objętość bezwzględna (statyczna) V
s
- rozumiana jako wyłącznie
objętość litego materiału ziarna
Powierzchnie właściwe ziarna:
kinetyczna - A
wk
lub statyczna - A
ws
są definiowane jako
stosunek odpowiedniej powierzchni ziarna (kinetycznej A
k
lub
statycznej A
s
) do masy ziarna pyłu m
p
.
Porowatość ziarna
ε
z
=V
p
/V
k
- to stosunek objętości porów V
p
=V
k
-V
s
do pozornej (kinetycznej) objętości ziarna V
k
.
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Gęstość pyłu
Zastępcze kształty i wielkości
Konsekwencją wyróżniania pozornej i całkowitej objętości
ziarna jest także zróżnicowanie pojęcia gęstości na:
- gęstość pozorną (kinetyczną)
ρ
k
=m
z
/V
k
tj. stosunek masy
m
z
ziarna do całkowitej (kinetycznej) objętości ziarna V
k
;
- gęstość bezwzględną
ρ
p
, nazywaną także gęstością pyłu,
a rozumianą jako gęstość litego, nieporowatego materiału
(ciała stałego) tworzącego ziarno.
Projekcyjna zastępcza średnica ziarna pyłu d
p
, tj. średnica,
koła którego powierzchnia jest równa powierzchni projekcyjnej
rozpatrywanego ziarna A
p
:
⎛
4
A
⎞
1
2
dp
=
⎜
⎝
p
⎟
⎠
π
Zastępcze kształty i wielkości
Zastępcze kształty i wielkości
Powierzchniowa (kinetyczna) zastępcza średnica ziarna
pyłu d
Vk
, tj. średnica kuli o objętości równej całkowitej
(kinetycznej) objętości rozpatrywanego ziarna V
k
Powierzchniowa (statyczna) zastępcza średnica ziarna
pyłu d
Vk
, tj. średnica kuli o objętości równej
bezwzględnej (statycznej) objętości rozpatrywanego
ziarna V
s
⎛
6
V
⎞
/
3
⎛
V
⎞
1
/
3
d
=
⎝
k
⎠
d
=
⎝
s
⎠
Vk
π
Vs
π
Zastępcza prędkość swobodnego
opadania w powietrzu i zastępcza
średnica aerodynamiczna
Zastępcza prędkość swobodnego opadania w powietrzu u
p
-tj.
prędkość ruchu ustalonego, jakim porusza i (opada) rozpatrywane
ziarno pyłu wyłącznie pod wpływem siły ciążenia w nieruchomym
powietrzu (w warunkach normalnych - 0
°
C, ciśnienie 1013 hPa,
wilgotność względna powietrza
φ<
50%).
Inne wielkości fizycznych
charakteryzujące ziarna pyłu
Stała dielektryczna ziarna
ε
rozumiana jako stała dielektryczna
substancji tworzących ziarno;
Całkowity ładunek elektryczny ziarna q
c
tj., iloczyn bezwzględnej
wartości ładunku elementarnego i liczby ładunków elementarnych
znajdujących się na ziarnie
Elektryczny ładunek ziarna q, tj. wypadkowy (nadmiarowy jednego
znaku) ładunek ziarna·
Graniczny elektryczny ładunek ziarna q
g
tj. maksymalny
wypadkowy (nadmiarowy) ładunek ziarna, jaki może ono uzyskać
w określonych warunkach.
Zastępcza średnica aerodynamiczna ziarna pyłu d
p
, definiowana
jako średnica kuli utworzonej z materiału o gęstości równej
gęstości bezwzględnej badanego pyłu, której prędkość opadania
swobodnego w powietrzu (w warunkach normalnych) jest równa
prędkości opadania rozpatrywanego ziarna w takich samych
warunkach
.
/
6
1
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Właściwości pyłu osadzonego
Własności reologiczne oddzielonych pyłów
kinetyczna porowatość warstwy pyłu
ε
pk
- stosunek objętości porów
utworzonych pomiędzy ziarnami (bez porów ziaren) do łącznej objętości
warstwy pyłu lub objętości pyłu zgromadzonego;
statyczna porowatość warstwy pyłu
ε
ps
- stosunek sumy objętości porów
ziaren pyłu i porów utworzonych pomiędzy ziarnami pyłu w warstwie do
łącznej objętości warstwy pyłu lub pyłu zgromadzonego;
gęstość pozorna warstwy pyłu
ρ
p
- stosunek masy tej warstwy do jej
objętości, która zależy od warunków powstania tej warstwy i w związku z
tym wyróżnia się:
gęstość pyłu zsypanego
ρ
pz
tj. masę jednostki objętości pyłu
bezpośrednio po zsypaniu go (utworzeniu warstwy),
gęstość pyłu składowanego
ρ
ps
tj. masę jednostki objętości pyłu
pobranego z miejsca składowania,
gęstość pyłu utrzęsionego
ρ
pu
tj. masę jednostki objętości pyłu pobranego
z utrzęsionej warstwy.
kąt nasypu pyłu
α
n
tj. kąt między tworzącą a poziomą podstawą stożka
powstającego przy swobodnym nasypaniu pyłu;
kąt zsypu pyłu
α
z
tj. minimalny kąt nachylenia do poziomu płaszczyzny,
na której znajduje się warstwa pyłu, przy którym to kącie rozpoczyna się
zsuwanie (zsypywanie) pyłu. Parametr ten ma istotne znaczenie przy
projektowaniu lejów zsypowych odpylaczy i zasobników pyłów (oczywiście
na wartość kąta zsypu mają wpływ własności materiału i powierzchni po
którym pył się zsuwa;
rezystywność pyłu (oporność właściwa)
ρ
wp
– rozumiana jako elektryczna
oporność właściwa warstwy pyłu. Jest to bardzo istotny parametr
uwzględniany przy ocenie warunków i możliwości odpylania
elektrostatycznego i filtracji w filtrach tkaninowych;
Skład frakcyjny - gęstość rozkładu q
r
(d
p
)
Najważniejsze siły występujące w
procesach odpylania
a)
b)
Gęstość rozkładu – skład frakcyjny
jest więc udziałem odniesionym do
sze­rokości przedziału d
p2
÷d
p1
.
Pozwala ona ocenić, jaki jest udział
poszczególnych frakcji cząstek w
całej ich ilości. Udział
poszczególnych frakcji cząstek
może być wyznaczony również jako
stosunek ich mas odniesiony do
całkowitej masy analizowanej próbki
pyłu.
K
c
q
r
a) – siła ciężkości,
b) – siła Culomba,
c) – siła odśrodkowa,
d) – siła oporu.
K
g
c)
d)
w
r
q
r
(d
p1
,d
p2
)
w
p
w
w
p
K
z
K
w
r
d
pmin
d
p1
d
p2
d
p
d
pmax
Siła ciężkości K
g
Siła Coulomba K
c
,
Np.. Dla elektrofiltra rurowego
K
=
m
⋅
g
=
1
⋅
Π
⋅
d
3
⋅
ρ
⋅
g
K
c
=
Q
⋅
E
=
Q
⋅
U
g
p
6
p
p
r
r
⋅
ln(
1
r
)
gdzie:
Q – wielkość ładunku elektrycznego cząstek,
E – natężenie pola elektrostatycznego,
U – napięcie, czyli różnica potencjałów pomiędzy dwoma
elektrodami,
r
1
, r
2
– promienie krzywizny elektrody zbiorczej i koronującej,
r – bieżący promień, czyli aktualna odległość cząstki od
elektrody koronującej.
2
gdzie:
m
p
- masa ziarna pyłu
d
p
- średnica ziarna pyłu
ρ
p
- gęstość ziarna pyłu,
g - przyspieszenie ziemskie
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Siła „odśrodkowa”
Siła oporu K
w
w
2
1
w
2
K
=
m
⋅
ω
⋅
r
=
m
⋅
p
=
⋅
Π
⋅
d
3
⋅
ρ
⋅
p
K
⋅= η
3
Π
⋅
d
⋅
w
z
p
p
r
6
p
p
r
w
p
r
gdzie:
ω
- prędkość kątowa cząstki
w
p
- lokalna prędkość cząstki w kierunku zgodnym z krzywizną
gdzie:
η
– dynamiczny współczynnik lepkości gazu,
w
r
toru,
r - promień lokalnej krzywizny toru.
Siły zatrzymania - przyczepności
Skuteczność separacji η
Siły przyczepności decydują o zaczepieniu cząstek na
powierzchni kolektora zbiorczego. Istota sił przyczepności,
występujących w rzeczywistych odpylaczach i odkraplaczach,
nie jest jeszcze zadowalająco wyjaśniona. Na drodze badań
doświadczalnych ustalono, że nie wszystkie cząstki, które
docierają do powierzchni kolektora, zostają na nim
zatrzymane. Efekt zatrzymania i zaczepienia cząstek próbuje
się opisać teoretycznie za pomocą współczynnika
prawdopodobieństwa zaczepienia. Jego wielkość, z całą
pewnością zależy od kształtu, wielkości i materiału cząstek, jak
również od prędkości, z jaką cząstki uderzają o powierzchnię
kolektora zbiorczego.
Na podstawie bilansu masy pyłu:
m
m
m
z
η
m
z
=
m
z
=
m
w
−
m
o
m
m
+
m
m
w
z
o
w
Skuteczność separacji η
Skuteczność separacji η
Używając stężeń pyłu:
η
=
f
(
d
p
,
V
,
S
w
,
n
,
T
,
ϕ
,
P
,
r
,
q
,
τ
η
V
w
⋅
S
w
−
V
o
⋅
S
o
d
p
- średnica ziarna pyłu,
V - natężenie przepływu gazu
S
w
- stężenie zapylenia na wlocie odpylacza
n - parametry pyłu inne niż wymiar (oporność, higroskopijność itp.)
T - temperatura gazów wlotowych
ϕ
- wilgotność gazów wlotowych
P - ciśnienie gazu
r - skład chemiczny gazów
q - pulsacje przepływu gazów
τ
- czas pracy odpylacza
V
⋅
S
w
w
Gdy
V
=
w
V
o
η
=1
−
S
o
S
w
⋅
2
– prędkość względna pomiędzy gazem (w), a cząstką (w
p
).
Dr inż. Jerzy Sowa, Wykład 3
Przedziałowa skuteczność separacji η
pd
Przedziałowa skuteczność separacji η
pd
Przedziałowa (skuteczność) oczyszczania odnosi się
do określonych przedziałów wymiarowych ziaren pyłu
Przedziałwa (skuteczność) oczyszczania odnosi się
do określonych przedziałów wymiarowych ziaren pyłu
η
=
m
z
d
1
wlot
pd
m
b
a
wd
η
=
∑
η
m
w
d
pd
m
wylot
0
w
d
p
d
p
Sprawność przedziałowa oczyszczania η
pd
a sprawność całkowita η
Sprawność oczyszczania zespołu
odpylaczy połączonych szeregowo
m
zd
m
wd
−
( )
−
η
m
od
η
=
1
−
( )( )( )
n
−
η
1
−
η
K
1
−
η
m
m
m
c
1
2
η =
η
z
η
=
w
o
pd
m
pd
m
wd
wd
m
m
w
w
….
η
⎝
m
zd
m
⎠
η
=
z
pd
⎛
m
⎞
( )
m
η
⎝
zd
⎠
+
1
−
η
od
Uwaga :
η
K
i
f
=
(
η
,
η
,
,
η
)
m
m
1
2
i
−
1
z
o
Wskaźniki eksploatacyjne charakteryzujące
urządzenia oczyszczające
Możliwe podziały urządzeń odpylających
– wskaźnik zapotrzebowania mocy [kW/(1000 Nm
3
/h
oczyszczanego gazu)]
– wskaźnik zapotrzebowania energii [kWh/1000 Nm
3
oczyszczanego gazu]
– wskaźnik wymiarów urządzenia (kubatura) [m
3
/ (1000 Nm
3
/h
oczyszczanego gazu)]
– wskaźnik zużycia środka oczyszczającego i czynników
energetycznych (woda, sorbenty, para do absorpcji)
[kg/1000 Nm
3
oczyszczanego gazu
– koszty oczyszczania (inwestycyjne + eksploatacyjne), częste
kryterium wyboru danej metody oczyszczania [PLN/1000 Nm
3
oczyszczanego gazu]
Przykładowe kryteria podziału:
– Zasada działania (!)
– Zastosowanie,
– Skuteczność
– Rodzaj oczyszczanego gazu
1
1
⎛
⎞
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •