Universitatea Petru Maior , Tg-Mures Facultatea: Inginerie Mecanica Sectia: Ingineria Si Protectia Mediului In Industrie

PROIECT Procese si echipamente de productie

Student:Ceusan Anca An: IV

PROIECT DE AN Disciplina Procedee i Echipamente pentru Epurarea Atmosferei Anul universitar 2007-2008

Sa se calculeze i sa se proiecteze o instala ie simpla de epurare i transport a gazelor provenite de la concasarea unor materiale avand urmatoarea distribu ie granulometrica: Diametrul particulei Dp [ m] 30 Frac ia granulometrica (pentru n = impar) [%] 5 + 0,1 n 7 + 0,1 n 5 - 0,1 n 6 - 0,1 n 8 + 0,1 n 10 + 0,1 n 8 - 0,1 n 9 - 0,1 n restul Frac ia granulometrica (pentru n = par) [%] 5 - 0,1 n 7 - 0,1 n 5 + 0,1 n 6 + 0,1 n 8 - 0,1 n 10 - 0,1 n 8 + 0,1 n 9 + 0,1 n Restul

Concentra ia de praf masurata in tubulatura de transport este: C = 150 + 1n [mg / m3] Debitul de aer desprafuit in instala ie este: Q = 10 000 + 100n [m3 / h] Schema bloc a instala iei de epurare este prezentata in figura de mai jos:Sursa de impurit i Concasor Epurator primar - Ciclon Tronson 1 Tronson2 Ventilator Tronson3 Co de evacuare

Rela ia de calcul Tronson 1 Tronson 2 Tronson 3 30 + 1 n 20 + 1 n 3

Unitate de masura m m m

Nr de coturi 7 5 1

Nr de ramifica ii 1 1 -

Unghiul de schimbare a direc iei 90 90 60

Viteza gazelor pe tronson [m/s] 9 6 6

Vitezele de intrare ie ire in-din epuratoare vor fi identice cu vitezele de pe tronsoanele de transport. Observa ie: Se limiteaza dimensiunea maxima a diametrului exterior al ciclonului la 1000 mm. Cicloanele se vor monta in baterii de cicloane i vor forma un multiciclon. n reprezinta numarul din catalog al studentului. Pentru proiectare se va considera un randament ini ial de epurare al ciclonului dat de rela ia: = 65+ 0,1 n [%] Gazele evacuate in atmosfera se vor incadra in limitele admise de legisla ia aflata in vigoare. Proiectul va cuprinde: Par i scrise: Memoriu de prezentare; Breviar de calcule; Concluzii; Bibliografie. Par i desenate: Desenul de ansamblu al unui ciclon cuprinzand dispozitivul de calmare al gazelor la scara. Tg. Mures Octombrie 2007 Student Tarean Cristina Coordonator proiect de an s.l.dr.ing.PORCAR DAN

CUPRINSMEMORIU DE PREZENTARE1. Generalitati 2. Descrierea instalatiei 3. Prezentare ciclon; mod de functionare; schita 4. Alegerea materialului 5. Date despre ventilatoare, dimensionare, caracteristici 6. Amplasarea ciclonului 7. Masuri specifice de protectie a muncii

BREVIAR DE CALCUL1. Dimensionarea ciclonului 2. Calculul pierderilor de presiune 3. Dimensionarea si alegerea ventilatorului;

Memoriu de prezentare1. Generalitati Instalatiile de desprafuire au drept scop captarea particulelor au drept scop captarea particulelor de substante degajate si evacuarea lord in 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 realizarii 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. Cheltuielile materiale pentru realizarea si exploatarea instalatiilor de desprafuire fiind 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.

2.Descrierea instalatiei : Instalatia este formata din : instalatia de sablare, ciclon, filtru cu saci, ventilator, cos, 3 tronsoane. Aerul impurificat este transportat cu o viteza de 9 m/s pe o lungime a tronsonului 1 de 59 m, care are 7 coturi cu unghiuri de schimbare adirectiei de 90, catre ciclon pentru epurare. Tronsonul al doilea are o lungime de 49 m , 5 coturi la un unghi de 90 si gazele au o viteza de 6 m/s, iar pe tronsonul al treilea care are o lungime de 3m si un cot la un unghi de 60 gazele sunt ventilate in cos cu o viteza de 6 m/s.

3. Prezentare ciclon; mod de functionare; schita Ciclonul, este cea mai cunoscuta instalatie de epuare si este o instalatie care functioneaza pe principiul centrifugal de epurare. Particula de praf intra in ciclon cu viteza w0 care se poate descompune intro componenta axiala ce determina coborarea fluidului purtator in ciclon u 0 si o componen ta tangentiala care va determina separarea particulelor v0 . Colectarea prafului in cicloane se face in buncare asezate in partea inferioara a zonei tronconice a ciclonului. Eliminarea prafului se face in mod periodic la umplerea acestuia. Dimensionera ciclonului se face dupa urmatoarele etape : -determinare vitezelor w0 , u 0 , v0 din ciclon ; -impunerea randamentelor de desprafuire ; -determinarea randamentului pe fractii granulometrice ; -determinerea randamentului total ; -determinarea fractiilor ramase neepurate ; -determinarea timpului de curatire ; -calculul concentratiei de praf la iesirea din epuartor ; -calculul pirderilor de presiune din ciclon ; 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 centrifugale, particulele solide sunt proiectate pe pretii mantalei, sunt franate in miscarea lor si curg apoi spre conul inferior, aerul curatit iesind prin tubul interior central. Intrarea si iesirea gazelor se face prin partea superioara. Evacuarea prafului se face in partea inferioara unde ciclonul este prevazut cu un buncar, acesta avand o inclinatie mare fata de axa orizontala. Depunerea prafului in buncar se face sub actiunea fortei gravitationale. Pentru a se asigura o epurare eficienta, aerul impurificat trebuie sa execute in ciclon cel putin doua rotatii complete in jurul tubului central.

In figura de mai jos este prezentata schita ciclonului:

4. Alegerea materialului Pentru cicloane utilizate la temperatura de 20oC se poate alege ca material de constructie a ciclonului OL 37 sau OL 42.2.K, iar pentru temperaturi mai ridicate se alege otel refractar. In cazul ciclonul proiectat am ales OL 37.1.K.

5. Date despre ventilatoare, dimensionare, caracteristici Ventilatoarele sunt masini rotative care incarca aerul cu energie. 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 de produce o depresiune care aspira aerul in interiorul carcasei. Aerul intrat in carcasa este supus unei forte centrifuge si este 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, acestea pot fi de doua tipuri : - centrifugale (radiale) - axiale

6. Amplasarea ciclonului Cicloanele se monteaza in exetrior, pe cladire, pe console fixate in zidarie sau, in cazul in care 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 santierul respectiv.

Montarea se incepe la 5-7 zile de la turnarea betonului. Pentru montarea cicloanelor grele se folosesc macarale. Inainte de montare se remediaza deformarile aparute in timpul transportului si manipularii. Cicloanele mari vin pe santier neasamblate, asamblarea lor 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 protectie a muncii Personalul de intretinere va urmari : - completarea acoperirilor - completarea izolatiei termice 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 - 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, gheata 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 - acoperirea eventualelor crapaturi exterioare cu material 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 deoarece rezistentele cresc vertiginos odata cu cresterea vitezei mai sus mentionate - orice depunere pe conductele de intrare si in interiorul ciclonului micsoreaza sectiunea acestora si automat maresc vitezele de circulatie, adica rezistentele.

Breviar de calcul

n=9

1. Dimensionarea ciclonuluiConcentratia de praf masurata in tubulatura de transport: C= 200-1*n=191 mg/m 3 Debitul de aer desprafuit in aer: Q=20000 + 1000*n= 20000+1000*9= 29000 m 3 /h

Randamentul initial de epurare al ciclonului: = = 67,9 % Distributia granulometrica:

Diametrul particulei D p ( m) 30

6,1 42

Calculul de dimensionare geometrica a ciclonului

p=

2 * Qn 2 * 12900 = = 2,11 3 * 3,14 * 0,36 3 * 3,14 * 0,36 * 3600

p 0 > p , p 0 -par : p 0 = 4 cicloane dn = Dn=4*Q = p 0 * v * 3,14 * 3600 4 * 12900 = 0,4361 m 4 * 6 * 3,14 * 3600

dn 0.4361 = = 0,7268 m 0,6 0,6

p 0 - numar de ciclon v- viteza pe tronsonul 2 Q- debit D- diametrul cilonului d- diametrul tubului interior al ciclonului Calcului vitezelor in ciclon

V0

U0

W

w0=

Q p 0 * 0,16 * Dn2

=

12900 = 10,5993 m/s 4 * 0,16 * 0,7268 2 * 3600

a= 0,8*D n = 0,8* 0,7268= 0,58143,14 *n

a 3,14 * 2

0,7268 0,4361 2 v0= = 10,0997 m/s 0,7268 0,4361 2 2 0,5814 (3,14 * ) 2 10,5993 * 3,14 *

u0=

0,5814 * 10,5993 ! 3,2163 m/s 1,9160

Verificare:

2 2 w0 2 = u0 + v0 112,3451= 10,3445+ 102,0039 112,3451= 112,3484

Calculul lungimii de epurare L01 (1 L ) 2 v0 D p F * * 9 u0 Dn 2 V v * p* 0 V 0 R aer 2

calculat

u0 ! a

v0 dn 2

!

w0n

dn 2

2

V 0 ! 1,3kg / m 3 L ! 0,679 F !2 V p ! 2500kg / m 3 Y aer ! 16 *10 6 Stokes D p ! 10Qm ! 10 5 m

L0calculat !

1 0,679 12

2

10 5 2500 10,0997 2 10,0997 * * * * 1,3 16 * 10 6 9 3,2163 0,7268 2

! 1,3985 m

Ldim ! h m ! 2 * D 0,57 D ! 1,0394 m (L ! L0 calculat Ldim ! 1,3985 1,0394 ! 0,3591m

Calculul dimensiunii particulei critice

(p cr !

Dn Y aer 9 u0 V0 * * * * F v 0 V p v 0 Lo 2

!

calculat

16 * 10 6 1,3 9 3, 2163 0,7268 * * * * 2 10,0997 2500 10,0997 *1,3985 2

! 10,556Qm

di

x

d pcr

y

d i 1

qx

qy

x= 10,556- 10= 0,556 y= 15- 10,556= 4,444qy q x q y 10,9 qx ! ! ! 0,556 4,444 5 5 q x q y ! 8 0,1 * n ! 8 0,1 * 29 ! 10,9 0,556 *10,9 ! 1, 2121 5 4, 444 *10,9 qy ! ! 9,6879 5 qx !

Calculul randamentului

Dp

2 2 10 ,0997 10 6 2500 10 ,0997 * 1,3985 * * * L ! 1 1 * 1Qm => 1 1,3 16 * 10 6 9 3,2163 0 ,7268 2

0 ,5

1 ! 1 0 ,0089 D p 1 z 3 !"

0 ,5

! 0 ,0044 ! 0 ,44%

1 L 2 ! 1 0,0089 * 4 D p 3 z 5Qm !"

0,5

! 0,0179 ! 1,79% ! 0,0739 ! 7,39%

1 L 4 ! 1 0,0089 *16 D p 5 z 10 !"0 ,5

0 ,5

1 L 7,5 ! 1 0,5006 0,2933 ! 29,33%D p 10 z 15 !" D ! 10 10,556 ! 10,278 2

L10, 278 ! 1 1 o, oo89 * 10,278 2

0,5

! 0,7554 ! 75,54%

Calculul fractiunilor ramase neepurateq1 ! 5 0 ,1* n ! 5 0.1* 29 ! 7 ,9 q 2 ! 7 0 ,1* n ! 7 0 ,1* 29 ! 9 ,9 q 4 ! 2 ,1 q7 ,5 ! 3,1 q x ! 1,2121 q y ! 9 ,6879 q17 ,5 ! 12 ,9 q 22 ,5 ! 5 ,1 q 27 ,5 ! 6 ,1

L total !

0,44 * 7,9 1,79 * 9,9 7,39 * 2,1 29,33 * 3,1 1,2121 * 75,54 100 * 9,6879 12,9 5,1 6,1 42 100 ! 77,9799 %

1 c p ! 179 * 0.7797 ! 39,4337

mg m3

c ma ! 50

mg m3

- concentratia de praf la

evacuarea din ciclon

q ir ! q ii 1 L j 1 1 q1r ! 7,9 0,0044 ! 7,8652 1 q 4 r ! 2,1 0,0739 ! 1,9448

1 q 2 r ! 9,9 0,0179 ! 9,7227 1 q 7 ,5 r ! 3,1 0, 2933 ! 2,1907 1 q10, 278 r ! 1,2121 0,7554 ! 0,2964 q ir ! 7,8652 9,7227 1,9448 2,1907 0,2964 ! 22,0198

qiE ! qir

q q

iE ir

q

iE

! 100%

q1E ! 7,8652 q2E q4E

100 ! 35,7187% 22,0198 100 ! 9,7227 ! 44,1543% 22,0198 ! 8,8321%

q7 ,5 E ! 9,9487% q xE ! 1,3461%

Distributia granulomerica a gazelor la iesire din ciclonDp q ii 1 Lj% q ir q iE

30

6,1 42

0 0

0 0

Calculul timpului de evacuare a prafului din cicloane Z=0,3*D=0,2180 mV praf ! V z1 V z 2 T 2 z 2 z T T T 2 2 ! 4 2 z 4 0,5 z 4 4 3 3

2 z 2 0,5 z 2 ! 0,0935 m 3

Masa de praf :M p ! V praf * N p * k porazitate M p ! 0 ,0935 * 2500 * 0 ,5 ! 116 ,875 kg X ! Qn * c n * L total

V praf = volumul de praf M p =masa de praf k porozitate =0,5 - coeficient de porozitate

X ! timpul de curatire a prafului din ciclon

2. Calculul pierderilor de presiuneCalculul pierderilor de presiune liniare a. Pierderile de presiune pe tronsonul 1

p

!

116 ,875 ! 64 ,915ore 12900 * 0 ,7797 * 179 * 10 6

vtr1 ! 9 m Dtr1 ! Ptr1 !

s 4 * 12900 ! 0 ,7121m 3,14 * 9 * 3600 ! 0 ,3126 ! 0 ,0124

4 * Qn ! T * vtr1 0 ,3126

9 * Dtr1 9 * 0 ,7121 4 4 6 16 * 10 6 16 * 10 l v2 (p tr ! Ptr * tr * V a * Dtr 2

ltr 1 ! 30 1* n ! 30 29 ! 59 m (p tr 1 92 59 * 1,3 * ! 0 ,0124 * ! 54 ,0917 Pa 2 0 ,7121

b.Pierderea de presiune pe tronsonul 2

vtr 2 ! 6 m s Dtr 2 ! Ptr 2 !4

4 * Qn 4 * 12900 ! ! 0,8722m T * v tr 2 3,14 * 6 * 3600 0,3126 ! 9 * Dtr 2 16 * 10 6 0 ,3126 ! 0,0118 9 * 0 ,8722 16 * 10 62

4

(ptr 2

l tr 2 vtr 2 62 49 ! P* ! 0 ,0118 * ! 15,5123Pa * Va * * 1,3 * 2 0,8722 2 Dtr 2

ltr 2 ! 20 1* n ! 20 29 ! 49m

c.Pierderile de presiune pe tronsonul 3

vtr 3 ! 6 m ltr 3 ! 3m Dtr 3 ! P3 !4

s

4 * Qn ! 0 ,8722m T * vtr 3 0 ,3126 ! 0 ,0118 9 * Dtr 3 16 * 10 62

(ptr 3

l tr 3 vtr 3 62 3 * Va * * 1,3 * ! P3 * ! 0 ,0118 * ! 0,9497 Pa Dtr 3 2 0,8722 2

d. Pierderile de presiune pe cos

vcos ! 3 m H cos

s ! 50 m 4 * Qn ! T * v cos 0 ,31264

Dcos ! Pcos !

4 * 12900 !1,2335 m 3,14 * 3 * 3600 !4

0 ,3126 9 * 1,2335 16 * 10 6

9 * Dcos 16 * 10 6

! 0 ,0108

(p cos ! Pcos *

H cos v2 50 32 * V a * cos ! 0 ,0108 * * 1,3 * ! 2 ,5610 Pa Dcos 2 1,2335 2

Calculul pierderilor de presiune locale a. Calculul pierderilor de presiune pe hota de aspiratie

\ hota ! 0 ,2 v hota ! vtr 1 ! 9 m (p 2 a ! \ * V a * s v hota 22

! 0 ,2 * 1,3 *

92 ! 10 ,53 Pa 2

b. Calculul pirderilor de presiune locale pe tronsonul 12 vtr vtr (p 2b ! ncot * \ cot * V a * \ ramificatie * V a * 2 2 \ cot ! 0,3 2

\ ramificati e ! 0 ,2 (p 2 b 92 92 ! 7 * 0 ,3* 1,3 * 0 ,2 * 1,3 * ! 121,095 Pa 2 2

c. Calculul pierderilor de presiune locale in epurator(p 2 c ! \ epurator * V a * (p 2 c k1 ! w2 2 ! (p 2 c 500 * k1 * k 2

D n D500 D 726 ,8 1 ! n ! ! 1,4536 500 D500 D500 (L 0 ,3591 ! 1 ! 1,3454 1,0394 Ldim

k2 ! 1 \ 500 ! 2

(p 500 ! \ 500 * V a * (p 2 c

10 ,5993 2 w2 ! 2 * 1,3 * ! 146 ,0487 Pa 2 2 ! 146 ,0487 * 1,4536 * 1,3454 ! 285 ,6235 Pa

d. Calculul pierderilor de presiune locale pe tronsonul 2

2 2 v tr 2 vtr 2 (p 2 d ! n cot * \ cot * V a * \ ramifcatie * V a * ! 2 2 62 62 ! 5 * 0 ,3 * 1,3 * 0 ,2 * 1,3 * ! 39 ,78 Pa 2 2

e. Calculul pierderilor de presiune in ventilator(p ventilator ! 50 Pa

f. Calculul pierderilor de presiune locale pe tronsonul 32 v tr 3 2 2 2 \ cot ! * \ cot 90 ! * 0,3 ! 0 ,2 3 3 62 (p 2 f ! 0,2 * 1,3* ! 4,68 Pa 2

(p 2 f ! \ cot * V a *0

g. Calculul pierderilor de presiune pe cos(p cos ! V a * g * H cos ! 1,3 * 9 ,8 * 50 ! 637 Pa

Pierderea de presiune totala(p total ! (p liniar (p local ! 1221,8232 Pa ! 54 ,0917 15 ,5123 0 ,9497 2 ,5610 ,53 121,095 285 ,6235 39 ,78 50 4 ,68 637 10

3. Calculul si alegerea ventilatorului de antrenare

N teoretic ! Qn * (p total ! k 01 ! 0 ,9 k 02 ! 0 ,75 N real !

12900 * 1221,8232 ! 4378 ,1998 3600

N teoretic 4378 ,1998 ! ! 6486 ,2219 0.9 * 0 ,75 k 01 * k 02

k 01 = coeficient de transfer energetic in ventilator k 02 = coeficient de transfer electric in motorul de antrenare N teoretic = puterea teoretica N real = puterea reala

Ventilator : V40-900/1Q n ! 12900 m 3 h