7.4     Вибір і розрахунок насадок


При виборі фільтрувальної насадки до тієї чи іншої конструкції маг­нітного очисного апарата враховуються магнітні та антикорозійні влас­тивості, складність виготовлення (чи придбання) а також вартість.


 

Рисунок 7.9 – Двоканальний фільтр-осаджувач з внутрішньою намагнічувальною системою з постійними магнітами:
1 – корпус каналу; 2 – пакет постійних магнітів, які мають можливість повороту або відведення; 3 – насадка; 4 – елементи магнітопроводу

 

Важливою характеристикою насадки є втрати напору ΔР в ній, що функціонально залежать від густини ρ і кінематичної в’язкості середо-вища ν, пористості ω і довжини насадки L, діаметра (характер­ного розмі-ру) її гранул d, швидкості фільтрування V, а в  універсальнішому вигляді –  від числа Рейнольдса Re = νd/V. При цьому найцінніші для ΔР ті залежності, які показують роль кожного з наведених параметрів у явному, степеневому вигляді, що часто необхід­но для оперативного забезпечення (і коректування) значень втрат на­пору в рамках вимог технологічного процесу. Зокрема, така задача практично завжди стоїть при використанні магнітних фільтрів-осаджувачів у цілій низці суворо регламентованих технологічних схем:
- ви­робництві неконцентрованої азотної кислоти;
- перекачування аміаку;
- розподілення природного газу  споживачам;
- витягування відхідних газів тощо.


В достатньо широкому діапазоні Re = 10...104практично з точністю до постійних коефіцієнтів К1і К2 справедливі такі формули для режимів:


Ламінарного:
,                      (7.6)
Турбулентного:
,           (7.7)

 

Перехід від ламінарного до турбулентного режиму порівняно чіт­кий (не затяжний) і приходиться на критичне число Рейнольдса Re = 50…80. Для засипок з шарів К1 = 25...30 і К2 = 1,1...1,3. Для інших засипок зна­чення К1 і К2 трохи вище: для чавунного дробу –  в 1,1...1,2 рази, дробле­ного фериту –  в 2,5...З рази, дробленої стружки –  в 3,5...4 рази.
Якщо для зручності закруглити показник ступеню при ω, компен­су­ючи це відповідним множником, то альтернативно до формул (7.6) і (7.7):
,                                    (7.8)
                                                             
,                  (7.9)
при збільшених коефіцієнтах К1 і К2 в 1,1...1,2 рази. Наприклад, для шарових насадок К1 = 30...35 і К2 = 1,3...1,5.
Для окремого випадку засипки шарів однакового діаметра, коли їх пористість практично постійна (при порівняно малих діаметрах колонок D пористість дещо залежить від відносного габариту D/d), для діапа­зону    D/d = 4...30 справедливі такі формули:
,                                         (7.10)
,                                 (7.11)
При D/d = 30, коли пористість засипки шарів стає постійним числом,
              ,                                            (7.12)
             ,                                       (7.13)
відповідно для ламінарного і турбулентного режимів руху потоку середовища, яке очищається.

 

Своєрідним елементом насадки фільтра-осаджувача можна вважати „оболонку” насадки, тобто робочий корпус, який при відсутності спе­ціальних конструктивних рішень (див. рис. 7.5) помітно впливає на намагнічування насадки, а відповідно і на її сорбційні властивості. В рекомендаціях з конструювання магнітних очисних апаратів зазна­чається, що матеріал корпусу, в якому знаходиться насадка, повинен бути виготов-леним з неферомагнітного матеріалу. В цьому випадку, по-перше, виключається часткове проходження магнітного потоку в об­хід насадки і, по-друге, при використанні багатьох неферомагнітних матеріалів убезпе-чуються додаткова корозія та забруднення середовища, яке очищається. Проте, фактор корозії корпуса може бути усунений зви­чайними засобами, а фактор магнітного шунтування насадки зводиться на ніщо при відпо-відному обмеженні стінки корпуса. При цьому в маг­нітному колі очисного апарата усуваються несприятливі розриви, що підвищує рівень намаг-нічування робочого органу – фільтрувальної насадки (в основному за рахунок ліквідації досить значної магнітної напруги в „розривах” і заглушення розмагнічувального фактора насадки).

 

Для випадків поперечного намагнічування насадки (див. рис.      7.5… 7.9) товщина стінки δст вибирається з умови:
;                                                 (7.14)
а для поздовжнього намагнічування:
;                                                 (7.15)


При цьому підвищенню економічності та ефективності роботи очис­ного апарата сприяє і та обставина, що більш працездатними стають бага-точисельні точки контакту гранул з поверхнею феромагнітного кор­пусу.


Приклад 7.1. Розрахувати фільтр-осаджувач першої групи (рис. 7.2) для магнітофільтраційного очищення газів об’ємом Q = 15 м3/год при швидкості V  = 6…8 см/с (250 м/год) і температурі t = 100 °С.


Рішення:


1. Приймаємо:
-  напруженість намагнічувального поля Н = 70 кА/м;
-  довжина насадки (котушки) L = 1 м;
-  провід котушки мідний, поперечним перерізомSпр = 10 мм2;
-  коефіцієнт, який враховує заповнення проводом вікна котушки, Ко = 0,5;
-  густина струму jc = 2 А/мм2.


2. Знаходимо питомий опір проводупри робочій температурі
,
де   ρo –  питомий опір міді при t = 0°С;
 α  –  температурний коефіцієнт опору (для чистих металів α = 1/273).


3. Визначаємо намагнічувальну силу котушки
 (А),


4. Площа вікна намотування буде рівна
 (мм2).


5. Розраховуємо кількість витків котушки
.


6. Внутрішній діаметр соленоїда знаходимо з найдоцільнішого критерію L/D ≥2...3. Тобто                                                  
..0,33 (м).
Приймаємо D = 0,48 м = 480 мм


7. Зовнішній діаметр соленоїда буде рівний
676  (мм)


8. Визначаємо параметр об’єму котушки
(мм3)


9. Знаходимо довжину проводу котушки
 (м)


10.     Опір котушки буде рівний
17,2 (Ом).


11.     Знаходимо величину напруги
340 (В).


12.     Потужність котушки буде рівна


13.     Знаходимо масу котушки
620 (кг),
де   γпр – густина матеріалу проводу.


Приклад 7.2.   Розрахувати основні конструктивні параметри фільтра-осад-жувача другої групи (рис. 7.6)продуктивністю Q = 50 м3/год ікількістю каналів  n = 8при напруженості намагнічувального поля Н= 40 кА/м, середній індукції в стружковій на­садці В=0,33 Тл і швидкості фільт­рування V = 6...8 см/с (250 м/год).


Рішення


1. Діаметр каналу знаходимо за формулою:
0,18 (м).


2. Знаходимо намагнічувальну силу котушки:
 (kA/м).


3. Діаметр осердя визначаємо зі співвідношення dc/Dα = (B/Bc)0,4
100 (мм),       
де   Вс = (1,2...1,4) Тл – індукція відпаленої низьковуглецевої сталі.


4. Зі співвідношення lс/Dα ≤ 0,05 H/Hc знаходимо довжину осердя
 (мм)
де   Hc = (І...2) кА/м – напруженість відпаленої низьковуглецевої сталі.


5. Відстань між поясами осердь  знаходимо, враховуючи, що


 (мм).


Приклад 7.3. Розрахувати основні конструктивні параметри фільт-ра-осаджувача з зовнішньою (рис. 7.7) намагнічувальною системою з  постійних магнітів продуктивністю 500 м3/год, якщо напруженість на­магнічувального поля Н = 50кА/м, середня індукція в насадці В =0,38 Тл, швидкість фільтрування V = 250 м/год.
Рішення;


1. Виходячи з продуктивності фільтра, приймаємо довжину насадки L = 4 м. Тоді діаметр корпусу буде рівний
.1,33 (м),
Приймаємо Dα = 1,6 м.


2. Із співвідношення знаходимо товщину пакета магнітів
0,4 (м),
де Hд– середнє значення напруженості магнітного поля (для маг­нітів марки 22 РА 220 Hд = 122 кА/м).


3. Ширину пакета магнітів визначаємо зі співвідношення bм/ Dα ≈ Kф(B/Bд)
 (м),
де Kф = 1...1,5 – коефіцієнт розсіювання магнітного потоку; Вд – середнє значення індукції (для магнітів марки 22РА220Вд = 0,18 Тл).