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1、环境工程原理大 型 作 业题 目： 4000m3h重力 降尘室的初步设计 学 院： 环境科学与工程学院 专业名称： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 12 月 12 日目录一、前言3二、设计条件4三、设计任务4四、设计说明41、重力沉降的说明42、重力沉降的原理53、重力沉降室的结构54、沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度65、沉降室的尺寸66、实际性能和测试6五、工艺计算7 1、降尘室尺寸的设计72、沉降原理7 3、沉降流型的判断和最小颗粒直径的计算84、颗粒回收的百分率85、降尘室隔板数的设置9六、主要符号说明10七、总结10八、参考文献10一、前言大型作业是环境工程原理课程
2、的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 大型作业不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，大型作业是培养学生独立工作能力的有益实践。通过大型作业,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上
3、的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。二、设计条件1.、含尘气体成分：炉气和矿石；2、气体密度：0.6 kgm33、矿石密度：4500 kgm3；4、粘度：310-5 Nsm2 ；5、气体流量：4000 m3h三、设计任务1、设计方案确定（长宽高）；2、矿尘颗粒沉降流型判断；3、理论上能完全捕集的最小颗粒直径。4、降尘室的隔板数。5、重力沉降室的工艺尺寸计算。四、设计说明1.重力沉降的说明一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体
4、分离的过程。它是依靠地球引力场的作用，利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对运动而沉降，即重力沉降。重力沉降是从气流中分离出尘粒的最简单方法。只有颗粒较大，气速较小时，重力沉降的作用才较明显。 悬浮在介质中的分散体系质点要受到重力和浮力的作用，其所受的净力为：F=V-0g式中v为单个质点的体积；和0分别为质点与介质的密度;g为重力加速度。若0,则质点下沉；反之则上浮。因此,只要质点与介质的密度不等，质点在重力场作用下就要朝一个方向浓集，或沉于容器的底部或浮于介质的上层。但另一方面,由于质点的浓集,体系出现浓差，因而产生扩散作用。扩散与沉降是两个相对抗的过程。沉降使质点沿着沉降方向浓集；扩散则相
5、反，使质点在介质中均匀分布。质点小时,扩散起主要作用,因而分散体系在动力学上是稳定的。质点大时,沉降起主要作用,质点在重力场中沉降，体系不稳定，粗分散体系即属于这种情况。在中间状态,沉降与扩散成平衡,质点在介质中浓度随着高度不同有一平衡分布。2.重力沉降原理重力沉降室是通过重力使通过重力使尘粒从气流中分离的，如图所示为一水平气流重力沉降室，其基本结构是一根底部设有贮灰斗的长形管道。含尘气体在风机的作用下进入沉降室，由于沉降室内气流通过的横截面积突然增大，使得含尘气体在沉降室内的流速将比输送管道内的流速小得多。开始时尽管尘粒和气流具有相同速度，但气流中质量和粒径在重力场作用下，获得较大的沉降速度
6、，经过一段时间之后，尘粒降落至室底，从气流中分离出来，从而达到降尘的目的。3.重力沉降室的结构除尘一般是让气流慢慢地通过结构重力简单而体积较大的除尘室，颗粒需要降落的距离可通过在除尘室中放置一些水平隔板而缩短。类型：重力沉降室可放置导流板，以改变气流的方向，以产生惯性作用，也可利用鱼鳞板、百叶窗以产生。作用。有单层沉降室，惯性有多层沉降式（平行的放置一些隔板）。折流板式沉降室（垂直的折流板安装在沉降室的顶部，惯性作用力会增强颗粒的重力作用。当气流被绕过折流板底部的时候，由于气流路径上这段弯曲部分的惯性作用，颗粒被分离下来。4. 沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度尘粒的沉降速度为vt，沉降室的长
7、、宽、高分别为L、W、H，要使沉降速度为vt的尘粒在沉降室内全部去除，气流在沉降室内的停留时间t应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间，即：将代入上式，可求出沉降室能100捕集的最小粒径dmin上式是在理想状况下得到的，实际中常出现反混现象，工程上常用36代替式中的18，这样理论和实践更接近。室内的气流速度u应根据尘粒的密度和粒径确定。常取0.3-0.5ms，一般取0.2-2ms。沉降室的设计：概括1.沉降时间；2.沉降速度(按要求沉降的最小颗粒) 。.沉降室的尺寸先按算出捕集尘粒的沉降速度us，在假设沉降室内的气流速度V和沉降室高度H（或宽度W），而后求沉降室的长度和宽度（或高度）。QWHV
8、WLVt沉降室长度：L,m沉降室宽度：W,mQ为处理气流量，m3s。6.实际性能和测试沉降式的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为4070%，仅用于分离dp50m的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50130Pa）。 缺点：占地面积大、除尘效率低。五、工艺计算1.设计降尘室的尺寸 对于一定尺寸的颗粒或ut,理论上降尘室的生产能力只与宽度和长度有关，而与降尘室的高度无关。所以降尘室通常设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，隔
9、板间距一般为40100nm。根据上述可以假设降尘室的高度为1m，降尘室的长度为2m，降尘室的宽度为1m，气体密度为0.6kgm3 ,矿石密度为4500kgm3,粘度为3105Nsm2。2.沉降原理 从理论上分析，若要使尘粒从气流中分离出来，则气体通过降尘室的时间至少必须等于其中的尘粒从室顶沉降到室底所需的时间。这是降尘室设计和操作必须遵守的基本原则。 设 H降尘室的高度，m； l降尘室的长度，m；b降尘室的宽度，m；u气体在降尘室内的水平通过速度，ms；qv降尘室的生产能力（即含气体通过降尘室的体积流量），m3s。 则气体通过降尘室的时间为 =lu 颗粒从室顶 沉降到室底所需的时间为 t=Hu
10、t 故颗粒能沉降而分离出的条件是 t 或 luHut 依据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平通过速度为 u= qvHb将上式进行整理，得 qvblut3.判断沉降流型和计算最小捕集颗粒直径在该降尘室内，理论上能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度为 ut=qvbl=4000360021=0.56ms假设沉降在滞留区，利用斯托克斯公式求得最小颗粒直径 dmin=18uts-g12 =0.5618310-54500-0.6 9.8112 =82.710-6m=82.7m 核算沉降流型 Ret=dut=82.710-60.560.6310-5 =0.9261 原设沉降在滞留区成立，求得的dmin有效
11、。4.颗粒回收的百分率假设颗粒在炉气中是均匀分布的。则该尺寸颗粒被分离下来的百分率可由颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比确定。由以上计算可知，直径为40m的颗粒的沉降必在滞留区，其沉降速度可用托克斯公式计算，即 ut=d2s-g18 =4010-624500-0.69.8118310-5 =0.1308ms气体通过降尘室的时间为 =Hut=10.56=1.79s直径为40m的颗粒在1.79s时间的沉降高度为 H=ut=0.13081.79=0.234m则回收率为 HH0.234110023.4 由于各尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m的颗粒回收率亦可用其沉降速度ut与68.5
12、m的颗粒的沉降速度ut之比确定，即 utut=dd2=4082.72=0.234=23.4 5.降尘室隔板数的设置 多层隔层室的隔板间距一般为40100nm。若降尘室内设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力为 qvn+1blut 需要指出的是，被处理的含尘气体中的颗粒大小不均，沉降速度ut应根据需要完全分离的最小颗粒直径计算。同时，气体通过降尘室的速度u不应高致使已沉降下来的颗粒重新扬起，一般应保证气体流动的雷诺数处于层流状态。根据qv n+1blut计算。由以上计算可知，直径为12m颗粒的沉降必在滞留区内，则 Ut=d2s-g18=1210-624500-0.69.8118310-5 =0
13、.0118ms qv=n+1blut n=qvblut-1=40003600120.0118-1=46.1取n=46则隔板间距为 h=Hn+1=147=0.0213m核算气体通过多层降尘室的流动雷诺数Re u=qvHb=4000360011=1.11ms de=4bh2b+h=410.021321+0.0213=0.0417m Re=ude=0.61.110.0417310-5=925.72000气体在多层降尘室内的流动为层流，即在原降尘室内设置46层水平隔板，设计合理。六、主要符号说明 de-当量直径，m; d-颗粒的直径，m g-重力场强度，ms2; -时间，s Re-雷诺数，无量纲； -
14、流体的粘度，Pas s-颗粒或固相的密度，kgm3; - 流体的密度，kgm3;七、总结重力沉降室具有结构简单，投资少，压力损失小的特点，维修管理较容易，而且可以处理高温气体。但是体积大，效率相对低，一般只作为高效除尘装置的预除尘装置，来除去较大和较重的粒子。大型作业是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过大型作业的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！八、参考文献1、张柏钦，环境工程原理，化学工业出版社，2010环境工程原理大型作业成绩评定表姓 名 学 号 专业班级 题 目4000m3h重力降尘室的初步设计成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 批阅教师： 年 月 日