Рассчитать сажевый фильтр (сажеуловитель) для дизельного двигателя мощностью N = 200 л.с. с массовым расходом отработанных газов (ОГ), m = 1000 кг/ч при массовой концентрации частиц сажи C = 0,1…1,0 г/м3. Фрикционный состав частиц сажи различных размеров в ОГ следующий:
du, мкм 0,3…0,5 0,5…1,0 1,0…2,0 2,0…10,0
Массовая доля, % <48 16…48 <2 <2
Объемная доля, ri, ‚%, ОГ: H20 (пары) – до 4; CO2 – 1,0...10,0; N2 – 76…78; O2 – 2…18.
Молекулярная масса, Mi, кг/кмоль: H20 (пары) – 18; CO2 – 44; N2 – 28; O2 – 32.
Температура газов Т= 20....500 °С, требуемая эффективность улавливания частиц сажи η≥0,9.
В процессе работы фильтр периодически через τ ≥ 60 мин подвергается термической регенерации с кратковременным повышением температуры газов до Тmax = 800°C . Предельно допустимый перепад давления на фильтре ΔРmax = 6,0 кПа при температуре отработавших газов Т =450 °С. Предельные размеры фильтра DxL = 300 x 800 мм.
Исходные данные
Марка сетки Пористость, П
Tолщина сетки hc, м Kп, м2
П300 0,6 0,016‧ 10-3 40‧10-12
Нужно полное решение этой работы?
Решение
1. Определение параметров отработавших газов для смеси осредненного состава (объемные доли, %): H2О (пары) – 3, CО2 – 8, О2 – 12, N2 – 77 (остальными компонентами в расчете пренебрегаем).
1.1. Молекулярная масса смеси
Mсм=i=1nMiri=18*3+44*8+28*77+12*32=2946
где Miri – молекулярная масса и объемная доля і-го компонента смеси.
1.2. Массовые доли компонентов
gi=riMi/Mсм=2946
H2О (пары) 18*3/2946 = 0,018
CО244*8/2946 = 0,119
О2 12*32/2946 = 0,13
N2 28*77/2946 = 0,732
1.3. Газовая постоянная смеси
Rсм=R i=1ngiMi=8315∙ i=1n0,01818+0,11944+0,1332+0,73228= 281.96 Дж/(кг‧К)‚
где R – универсальная газовая постоянная, равная 8315 Дж/кмоль*К.
1.4. Плотность смеси при температуре Т = 450 °С (723 К) и атмосферном давлении Р = 774 мм рт.ст. (103 кПа)
Pсм=PRсм∙T=103000281,96∙723=0,505 кг/м3
1.5. Коэффициент динамической вязкости
μсм=1i=1ngiμi=10,0181,52+0,1192,15+0,132,81+0,7322,4=2,39 Па∙с
В связи с тем что вязкость компонентов газовой смеси зависит от их температуры, в последнее соотношение подставляем значения, найденные по формуле Сатерленда для температуры смеси Т = 450 °С:
μi=μ0iT2731,5∙273+CT+C
где μ0 и С – константы, определяемые по табл
. 3.4.
N2 μi=1,66∙4502731,5∙273+107450+107=2,4
O2 μi=1,92∙4502731,5∙273+126450+126=2,81
CO2 μi=1,37∙4502731,5∙273+238450+238=2,15
H2O пары μi=0,81∙4502731,5∙273+1100450+1100=1,52
Таблица 3.4 Константы в формуле Сатерленда
Газ μ0‧105, Па‧с
С, К
N2 1,66 107
O2 1,92 126
CO2 1,37 238
H2O пары 0,81 1100
2. Определение объемном расхода ОГ
qсм=10000.505=1 980,20 м3/ч
3. Выбираем материал фильтровальной перегородки. В процессе эксплуатации сажевый фильтр подвергается вибрациям с уровнем виброскорости Lu = 104 дБ, a также термическим напряжениям, возникающим при изменении режимов работы двигателя и при термической регенерации фильтра. При таких жестких условиях эксплуатации наибольшей надежностью обладают сажевые фильтры с фильтровальными элементами из проволочных тканых сеток. Окалиностойкость и жаростойкость фильтровальной перегородки в газовом потоке с рабочей температурой до Тр=500°С и ее кратковременными повышениями до Тл = 800 °С могут быть обеспечены проволочными сетками из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали ayстенитного класса 0ЗХ18Н9Т с рабочей температурой Тр < 650 °С и температурой интенсивного окисления на воздухе Ток = 850 °С.
B связи с тем что основную массу (до 90 %) сажи в ОГ составляют частицы размерами dч < 1,0 мкм, выбираем два варианта изготовления сажевого фильтра из наиболее мелких фильтрованных сеток: полотняного переплетения П300 (размер ячейки dя = 36 мкм) и саржевого одностороннего переплетения 0685 (dя = 20 мкм), выпускаемых промышленностью.
Согласно экспериментальным данным при скорости фильтрования wф = 0,05 м/с и задымленности отработавших газов C≈ 0,5 г/м3 эффективность улавливания сажи η1 сетками П300 и С685 достигает 0,55 и 0,70 соответственно.
4
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
