方米每小時重力沉降室環(huán)境工程原理大型作業(yè)課程設(shè)計

1、環(huán)境工程原理大 型 作 業(yè)題 目： 4000m3h重力 降塵室的初步設(shè)計 學(xué) 院： 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)名稱： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2013 年 12 月 12 日目錄一、前言3二、設(shè)計條件4三、設(shè)計任務(wù)4四、設(shè)計說明41、重力沉降的說明42、重力沉降的原理53、重力沉降室的結(jié)構(gòu)54、沉降時間和（最小粒徑時的）沉降速度65、沉降室的尺寸66、實際性能和測試6五、工藝計算7 1、降塵室尺寸的設(shè)計72、沉降原理7 3、沉降流型的判斷和最小顆粒直徑的計算84、顆?；厥盏陌俜致?5、降塵室隔板數(shù)的設(shè)置9六、主要符號說明10七、總結(jié)10八、參考文獻(xiàn)10 3 環(huán)境工程原理 一、前言大型作

2、業(yè)是環(huán)境工程原理課程的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 大型作業(yè)不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，大型作業(yè)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實踐。通過大型作業(yè),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)： 1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力； 2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與

3、可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導(dǎo)下去分析和解決實際問題的能力； 3. 迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計算的能力； 4. 用簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計思想的能力。二、設(shè)計條件1.、含塵氣體成分：爐氣和礦石；2、氣體密度：0.6 kgm33、礦石密度：4500 kgm3；4、粘度：3×10-5 Nsm2 ；5、氣體流量：4000 m3h三、設(shè)計任務(wù)1、設(shè)計方案確定（長寬高）；2、礦塵顆粒沉降流型判斷；3、理論上能完全捕集的最小顆粒直徑。4、降塵室的隔板數(shù)。5、重力沉降室的工藝尺寸計算。四、設(shè)計說明1.重力沉降的說明一種使懸

4、浮在流體中的固體顆粒下沉而與流體分離的過程。它是依靠地球引力場的作用，利用顆粒與流體的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動而沉降，即重力沉降。重力沉降是從氣流中分離出塵粒的最簡單方法。只有顆粒較大，氣速較小時，重力沉降的作用才較明顯。 懸浮在介質(zhì)中的分散體系質(zhì)點(diǎn)要受到重力和浮力的作用，其所受的凈力為：F=V-0g式中v為單個質(zhì)點(diǎn)的體積；和0分別為質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的密度;g為重力加速度。若>0,則質(zhì)點(diǎn)下沉；反之則上浮。因此,只要質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的密度不等，質(zhì)點(diǎn)在重力場作用下就要朝一個方向濃集，或沉于容器的底部或浮于介質(zhì)的上層。但另一方面,由于質(zhì)點(diǎn)的濃集,體系出現(xiàn)濃差，因而產(chǎn)生擴(kuò)散作用。擴(kuò)散與沉降是兩個相對抗的過

5、程。沉降使質(zhì)點(diǎn)沿著沉降方向濃集；擴(kuò)散則相反，使質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中均勻分布。質(zhì)點(diǎn)小時,擴(kuò)散起主要作用,因而分散體系在動力學(xué)上是穩(wěn)定的。質(zhì)點(diǎn)大時,沉降起主要作用,質(zhì)點(diǎn)在重力場中沉降，體系不穩(wěn)定，粗分散體系即屬于這種情況。在中間狀態(tài),沉降與擴(kuò)散成平衡,質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中濃度隨著高度不同有一平衡分布。2.重力沉降原理重力沉降室是通過重力使通過重力使塵粒從氣流中分離的，如圖所示為一水平氣流重力沉降室，其基本結(jié)構(gòu)是一根底部設(shè)有貯灰斗的長形管道。含塵氣體在風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入沉降室，由于沉降室內(nèi)氣流通過的橫截面積突然增大，使得含塵氣體在沉降室內(nèi)的流速將比輸送管道內(nèi)的流速小得多。開始時盡管塵粒和氣流具有相同速度，但氣流中質(zhì)量

6、和粒徑在重力場作用下，獲得較大的沉降速度，經(jīng)過一段時間之后，塵粒降落至室底，從氣流中分離出來，從而達(dá)到降塵的目的。3.重力沉降室的結(jié)構(gòu)除塵一般是讓氣流慢慢地通過結(jié)構(gòu)重力簡單而體積較大的除塵室，顆粒需要降落的距離可通過在除塵室中放置一些水平隔板而縮短。類型：重力沉降室可放置導(dǎo)流板，以改變氣流的方向，以產(chǎn)生慣性作用，也可利用魚鱗板、百葉窗以產(chǎn)生。作用。有單層沉降室，慣性有多層沉降式（平行的放置一些隔板）。折流板式沉降室（垂直的折流板安裝在沉降室的頂部，慣性作用力會增強(qiáng)顆粒的重力作用。當(dāng)氣流被繞過折流板底部的時候，由于氣流路徑上這段彎曲部分的慣性作用，顆粒被分離下來。4. 沉降時間和（最小粒徑時的）

7、沉降速度塵粒的沉降速度為vt，沉降室的長、寬、高分別為L、W、H，要使沉降速度為vt的塵粒在沉降室內(nèi)全部去除，氣流在沉降室內(nèi)的停留時間t應(yīng)大于或等于塵粒從頂部沉降到灰斗的時間，即：將代入上式，可求出沉降室能100捕集的最小粒徑dmin上式是在理想狀況下得到的，實際中常出現(xiàn)反混現(xiàn)象，工程上常用36代替式中的18，這樣理論和實踐更接近。室內(nèi)的氣流速度u應(yīng)根據(jù)塵粒的密度和粒徑確定。常取0.3-0.5ms，一般取0.2-2ms。沉降室的設(shè)計：概括1.沉降時間；2.沉降速度(按要求沉降的最小顆粒) 。.沉降室的尺寸先按算出捕集塵粒的沉降速度us，在假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流速度V和沉降室高度H（或?qū)挾萕），而后

8、求沉降室的長度和寬度（或高度）。QWHVWLVt沉降室長度：L,m沉降室寬度：W,mQ為處理氣流量，m3s。6.實際性能和測試沉降式的實際性能幾乎從不進(jìn)行實驗測量或測試，在最好的情況下，這種裝置也只能作為氣體的初級凈化，除去最大和最重的顆粒。沉降室的除塵效率約為4070%，僅用于分離dp>50m的塵粒。穿過沉降室的顆粒物必須用其它的裝置繼續(xù)捕集。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易維護(hù)管理、壓損?。?0130Pa）。 缺點(diǎn)：占地面積大、除塵效率低。五、工藝計算1.設(shè)計降塵室的尺寸 對于一定尺寸的顆?；騯t,理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與寬度和長度有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)。所以降塵室通常設(shè)計成扁平形，

9、或在室內(nèi)均勻設(shè)置多層水平隔板，構(gòu)成多層降塵室，隔板間距一般為40100nm。根據(jù)上述可以假設(shè)降塵室的高度為1m，降塵室的長度為2m，降塵室的寬度為1m，氣體密度為0.6kgm3 ³,礦石密度為4500kgm3,粘度為3×105Nsm2。2.沉降原理 從理論上分析，若要使塵粒從氣流中分離出來，則氣體通過降塵室的時間至少必須等于其中的塵粒從室頂沉降到室底所需的時間。這是降塵室設(shè)計和操作必須遵守的基本原則。 設(shè) H降塵室的高度，m； l降塵室的長度，m；b降塵室的寬度，m；u氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度，ms；qv降塵室的生產(chǎn)能力（即含氣體通過降塵室的體積流量），m3s。 則氣體

10、通過降塵室的時間為 =lu 顆粒從室頂 沉降到室底所需的時間為 t=Hut 故顆粒能沉降而分離出的條件是 t 或 luHut 依據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度為 u= qvHb將上式進(jìn)行整理，得 qvblut3.判斷沉降流型和計算最小捕集顆粒直徑在該降塵室內(nèi)，理論上能完全分離出來的最小顆粒的沉降速度為 ut=qvbl=40003600×2×1=0.56ms假設(shè)沉降在滯留區(qū)，利用斯托克斯公式求得最小顆粒直徑 dmin=18uts-g12 =0.56×18×3×10-54500-0.6 ×9.8112 =82.7

11、5;10-6m=82.7m 核算沉降流型 Ret=dut=82.7×10-6×0.56×0.63×10-5 =0.926<1 原設(shè)沉降在滯留區(qū)成立，求得的dmin有效。4.顆?；厥盏陌俜致始僭O(shè)顆粒在爐氣中是均勻分布的。則該尺寸顆粒被分離下來的百分率可由顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比確定。由以上計算可知，直徑為40m的顆粒的沉降必在滯留區(qū)，其沉降速度可用托克斯公式計算，即 ut=d2s-g18 =40×10-62×4500-0.6×9.8118×3×10-5 =0.1308ms氣體通過降塵室

12、的時間為 =Hut=10.56=1.79s直徑為40m的顆粒在1.79s時間的沉降高度為 H=ut=0.1308×1.79=0.234m則回收率為 HH0.2341×10023.4 由于各尺寸的顆粒在降塵室內(nèi)的停留時間均相同，故40m的顆?；厥章室嗫捎闷涑两邓俣萿t與68.5m的顆粒的沉降速度ut之比確定，即 utut=dd2=4082.72=0.234=23.4 5.降塵室隔板數(shù)的設(shè)置 多層隔層室的隔板間距一般為40100nm。若降塵室內(nèi)設(shè)置n層水平隔板，則多層降塵室的生產(chǎn)能力為 qvn+1blut 需要指出的是，被處理的含塵氣體中的顆粒大小不均，沉降速度ut應(yīng)根據(jù)需要完

13、全分離的最小顆粒直徑計算。同時，氣體通過降塵室的速度u不應(yīng)高致使已沉降下來的顆粒重新?lián)P起，一般應(yīng)保證氣體流動的雷諾數(shù)處于層流狀態(tài)。根據(jù)qv n+1blut計算。由以上計算可知，直徑為12m顆粒的沉降必在滯留區(qū)內(nèi)，則 Ut=d2s-g18=12×10-62×4500-0.6×9.8118×3×10-5 =0.0118ms qv=n+1blut n=qvblut-1=40003600×1×2×0.0118-1=46.1取n=46則隔板間距為 h=Hn+1=147=0.0213m核算氣體通過多層降塵室的流動雷諾數(shù)Re u

14、=qvHb=40003600×1×1=1.11ms de=4bh2b+h=4×1×0.02132×1+0.0213=0.0417m Re=ude=0.6×1.11×0.04173×10-5=925.7<2000氣體在多層降塵室內(nèi)的流動為層流，即在原降塵室內(nèi)設(shè)置46層水平隔板，設(shè)計合理。六、主要符號說明 de-當(dāng)量直徑，m; d-顆粒的直徑，m g-重力場強(qiáng)度，ms2; -時間，s Re-雷諾數(shù)，無量綱； -流體的粘度，Pas s-顆?；蚬滔嗟拿芏龋琸gm3; - 流體的密度，kgm3;七、總結(jié)重力沉降室具有結(jié)構(gòu)簡單，投資少，壓力損失小的特點(diǎn)，維修管理較容易，而且可以處理高溫