tính toán thiết kế hệ thống 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/cm 3 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?

II.

Kích thước hạt (μm)

50

40

35

25

10

5

2

% khối lượng

90

75

65

55

30

10

4

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/m 3
∆ρ2: khác biệt khối lượng riêng giữa chất rắn và khí trong điều kiện thiết kế, kg/m 3
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:
1

2
Kích

3

4

(Kích thước

Kích

thước

Tỉ lệ

hạt trung

thước hạt

trung

khối

bình) ÷ (hệ

(µm)

bình

lượng

số tỉ

>50
50 - 40
40 - 35
35 - 25

25 - 10
10 - 5
5-2
2-0

50
45
37,5
30
17,5
7.5
3.5
1

10
15
10
10
25
20
6
4
100

lệ)2.4587
20,34
18,30
15,25
12,20
7,12

3,05
1,442
0,41

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

5
Hiệu suất thu
hồi ở kích
thước đã tỉ
lệ(%)
100
99
98
97
95
92
80
25

6
Hiệu suất
chung
∑(3*5)/100
10
14,85
9,8
9,7
23,75

18,4
4,8
1
92,3


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