(1.1) Ακόμη επειδή ο αεριοκυκλώνας είναι τυπικών διαστάσεων, θα ισχύει: b= D/4 h= D/2 N e= 3D/h

Transcript

1 Άσκηση 1 Από την εκφώνηση της άσκησης μας δίνεται ότι: Παροχή απαερίων: Q g= 40 m 3 /s Θερμοκρασία: T g= 80 o C Πυκνότητα: ρ p= 2.6 g/cm 3 Συγκέντρωση: C P= 0.08 kg/m 3 Ακόμη, δίνεται ο παρακάτω πίνακας. d p w/w μm % Παρατηρώντας τον πίνακα 1, προκύπτει ότι η μέγιστη ποσοστιαία περιεκτικότητα εμφανίζεται για d p= 16 μm. Συνεπώς: d 50,1= 16 μm, για τον πρώτο κυκλώνα. Ισχύει ακόμη η σχέση: (1.1) Ακόμη επειδή ο αεριοκυκλώνας είναι τυπικών διαστάσεων, θα ισχύει: b= D/4 h= D/2 N e= 3D/h

2 u i= Q g/(b h) (1.2) Με αντικατάσταση στη σχέση (1.1), τελικά προκύπτει ότι: D= 5.46 m Και συνεπώς: h 1= 2.73 m, b 1= 1.36 m, N e,1= 6 Επιπλέον, η ταχύτητα εισόδου των απαερίων στον 1 ο κυκλώνα είναι από την (1.2): u 1= m/s Όμως u 1< 15 m/s (θέλουμε η ταχύτητα να είναι μεταξύ 15 m/s και 30 m/s), άρα δεν ικανοποιούνται οι προδιαγραφές για τη λειτουργία του κυκλώνα 1. Για τον 1 ο κυκλώνα προκύπτει ο παρακάτω πίνακας. d p (μm) d 50/d p n j= 1/ [1+(d 50/d p) 2 ] m j (%) n j m j (%) Άρα, η συνολική απόδοση του 1 ου κυκλώνα είναι το άθροισμα των όρων της τελευταίας στήλης. Προκύπτει ότι: n 1= % Ακόμη: - Μαζική ροή αρχικών αιωρούμενων στερεών= Q g C P= 3.2 kg/s αρχική ογκομετρική παροχή σωματιδίων= Μάζα αρχικών αιωρούμενων στερεών / ρ p= m 3 /s - Μαζική ροή σωμ. που συλλέγονται στον κυκλώνα= κg/s ογκ. παρ. σωμ. που συλλέγονται στον κυκλώνα = Μάζα αρχικών αιωρ. στερεών/ρ p= m 3 /s - Μαζική ροή που παραμένει στο ρεύμα απαερίων μετά κυκλ. 1= 1.69 kg/s ογκ. παρ. σωμ. που παραμένουν στο ρεύμα απαερίων μετά κυκλ. 1= m 3 /s

3 Επομένως: Παροχή απαερίων προς 2 ο κυκλώνα= Q g - ογκ. παρ. σωμ. που συλλέγονται στον κυκλώνα= m 3 /s Για τα σωματίδια που παρέμειναν μετά τον 1 ο κυκλώνα, προκύπτει ο παρακάτω πίνακας. d p (μm) Η νέα ποσοστιαία κατανομή των σωματιδίων για τον 2 ο κυκλώνα θα προκύψει πολλαπλασιάζοντας τη 2 η στήλη του πίνακα με 100 και διαιρώντας με το άθροισμα των στοιχείων της. Προκύπτει ο εξής πίνακας για τον 2 ο κυκλώνα: d p (μm) w/w % Η μέγιστη ποσοστιαία περιεκτικότητα εμφανίζεται για d p= 10 μm. Συνεπώς: d 50,2= 10 μm Θα χρησιμοποιηθεί, όπως και στην περίπτωση του κυκλώνα 1 η σχέση (1.1) από την οποία προκύπτει:

4 D 2= 3.99 m Και επιπλέον: h 2= 1.99 m, b 2=0.997 m, N e,2= 6 Η ταχύτητα εισόδου των απαερίων στον κυκλώνα 2, δίνεται από τη σχέση (1.2). Συνεπώς: u 2= Παροχή απαερίων προς 2 ο κυκλώνα / (h 2 b 2) u 2= m/s Αφού 15 u 2< 30 m/s ικανοποιούνται οι προδιαγραφές για τη λειτουργία του κυκλώνα 2. Λαμβάνοντας υπόψιν τα παραπάνω, για τον 2 ο κυκλώνα προκύπτει τελικά ο πίνακας: d p (μm) d 50/d p n j= 1/ [1+(d 50/d p) 2 ] m j (%) n j m j (%) Η απόδοση του 2 ου κυκλώνα είναι το άθροισμα της τελευταίας στήλης του πίνακα. Συνεπώς: n 2= % Επομένως, η απόδοση στη σειρά κυκλώνα είναι: n tot.= 1 (1 n 1) (1 n 2)= Για τα σωματίδια που παρέμειναν μετά τον 1 ο κυκλώνα, προκύπτει ο παρακάτω πίνακας. d p (μm)

5 Η νέα ποσοστιαία κατανομή των σωματιδίων για την έξοδο του 2 ο κυκλώνα θα προκύψει πολλαπλασιάζοντας τη 2 η στήλη του πίνακα με 100 και διαιρώντας με το άθροισμα των στοιχείων της. Προκύπτει ο εξής πίνακας για την έξοδο του 2 ου κυκλώνα: d p (μm) w/w % Επιπλέον: - ποσό που συλλέγεται μετά από τον 2 ο κυκλώνα= n 2 Μαζική ροή που παραμένει στο ρεύμα απαερίων μετά κυκλ. 1= kg/s - ποσό που παραμένει στο ρεύμα απαερίων= Μαζική ροή που παραμένει στο ρεύμα απαερίων μετά κυκλ. 1 ποσό που συλλέγεται μετά από τον 2 ο κυκλώνα= 0.72 kg/s Ακόμη, γίνεται η θεώρηση ότι η πυκνότητα των απαερίων είναι ρ g= 1 kg/m 3 Ισχύουν οι σχέσεις:

6 Επομένως ισχύει ότι: - για τον 1 ο κυκλώνα: H ν, 1= 8 Δp 1= N/m 2 - για τον 2 ο κυκλώνα: H ν, 2= 8 Δp 2= N/m 2 Άσκηση 2 Από την εκφώνηση δίνεται ότι: Q fuel= 2.1 kg fuel/s Μέγιστη συγκέντρωση: C 612,0,0= 40 μg/m 3 v 1= 2.1 m/s, για z 1= 10 m D= 1.2 m Q wf= 25.2 kg/kg fuel Q wfv= 53.9 m 3 /kg fuel T κορ.= 430 o C C p= kcal/mol= cal/mol Μαζική παροχή καυσαερίων Q wm= kg/s Ρυθμός εκπομπής καυσαερίων εκφρασμένος σε mol/s Q mol= mol/s Ογκομετρική παροχή καυσαερίων στην κορυφή της καμινάδας Q w= m 3 /s Επομένως προκύπτει η ταχύτητα των καυσαερίων στην κορυφή της καμινάδας ως εξής: 2 v καυσ. = Q w/[π (D/2) ] v καυσ.= m/s Επιπλέον, έστω ότι επικρατεί ηλιοφάνεια και ισχύει η προσέγγιση Α στον πίνακα της σελίδας 165. Τότε για x= 612 m, βάσει του πίνακα, ισχύει ότι: σ z= m

7 σ y= m Για x= 612 m εμφανίζεται η μέγιστη συγκέντρωση, επομένως ισχύει ότι: σ z= h e h e= m Γνωρίζοντας την ταχύτητα του αέρα v 1 για z 1, όπως δίνονται στα δεδομένα, μπορεί να προκύψει η ταχύτητα του αέρα σε ύψος h e. Συγκεκριμένα: u he= v 1 (h e/z 1) 0.5 u he= m/s Αν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο καταλήγουν τα καυσαέρια μετά την έξοδο από την καμινάδα είναι 25 o C, τότε ο ρυθμός εκπομπής θερμότητας είναι: Qh =Qmol cp (Tκορ. 25) Qh = cal/mol Επιπλέον, ισχύει ότι: Δh= 1.5 vκαυσ. D Qhu/he Δh= m Άρα, το φυσικό ύψος της καμινάδας είναι: h s= h e Δh= m Ακόμη, ισχύει η εξίσωση: Από την οποία με επίλυση ως προς M προκύπτει, για το SO 2 ότι: M =75.41 g/s Επομένως, για να υπολογιστεί η παροχή εξόδου ως προς S, ισχύει: Ms= M (32/64) Ms= g/s Άρα το ποσοστό (%) S στο καύσιμο είναι: %S= (100 M s)/(1000 Q fuel)= 1.8 %