Очистка газов в центробежном поле

 

Для создания поля центробежных сил обычно используют два технических приема.

5.6.2.1 Вращение неоднородной системы в неподвижном аппарате – процесс циклонирования. Аппараты называются циклонами, они предназначены для разделения газовых и жидких неоднородных систем.

Сущность процесса циклонирования заключается в том, что поток газа, несущий взвешенные частицы, вводят в аппарат тангенциально через входную трубку 1 (рисунок 5.16) с рассчитанной скоростью от 10 до 40 м/с, воздушный поток начинает вращаться, совершая при прохождении через аппарат несколько оборотов. Содержащиеся в газе твердые частицы отбрасываются центробежной силой к стенке корпуса 2,  опускаются в коническое днище 3 и удаляются из аппарата. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выхлопную трубу 4, попадая на производство, или выбрасывается в атмосферу.

Достоинства циклонов:

– простота конструкции и эксплуатации;

– возможность применения для активных высокотемпературных газов;

– высокая эффективность разделения.

Недостатки циклонов:

– очень большое гидравлическое сопротивление;

– истирание внутренней поверхности циклона.

5.6.2.2 Вращение неоднородной системы с аппаратом – процесс осадительного (отстойного) центрифугирования. Аппараты называются осадительными центрифугами.

Схема отстойной центрифуги периодического действия с горизонтальным валом и ручной выгрузкой осадка изображена на рисунке 5.17.

Центрифуги предназначены для разделения жидких неоднородных систем – суспензий и эмульсий.

Центрифуги представляют собой сплошной барабан 2, насаженный на вращающийся вал 1. Под действием центробежной силы твердые частицы из суспензии отбрасываются к стенке барабана и отлагаются в виде осадка.  Осветленная жидкость переливается в неподвижный корпус 3 и удаляется через патрубок в его нижней части.

Достоинства центрифуг:

– проведение обезвоживания без затрат тепла;

– высокая эффективность по сравнению с отстойниками.

Недостатки центрифуг:

– наличие подвижных и трущихся частей, что приводит к износу;

– сложность конструкции.

Физическая сущность процесса осаждения под действием центробежной силы заключается в том, что во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, направляющая ее к периферии от центра по радиусу со скоростью, равной скорости осаждения w_ос. При этом скорость осаждения изменяется:

                               (5.44)

Так как скорость движения частицы изменяется, меняется соответственно и число Re, следовательно, будут меняться режимы осаждения и зависимость . Вследствие этого:

а) в циклонах происходит вихреобразование, нарушающее нормальное осаждение частиц, и уже осевшие частицы могут вновь вовлекаться в поток. Чем выше скорость, тем выше центробежная сила, следовательно, выше степень очистки h. Однако при увеличении скорости возрастает гидравлическое сопротивление Δp/ρ (рисунок 5.18).

Оптимизация процесса: скорость в циклоне должна быть от 10 до 15 м/с,  отношение Δp/ρ от 500 до 740 Па. Степень очистки зависит от плотности, вязкости, диаметра частиц, радиуса;

б) в центрифугах возможно отставание вращения суспензии от вращения ротора, что снижает фактор разделения; чтобы избежать этого, в центрифугах устанавливаются перегородки;

в) помимо выбора скоростей вращения неоднородных систем и аппарата в целом, необходимо учитывать взаимное влияние частиц друг на  друга, полидисперсность неоднородной  системы, а также форму частиц.

Поэтому при инженерных расчетах циклонов и центрифуг довольно часто приходится основываться на экспериментальных данных.

Рисунок 5.18 – Зависимость гидравлического сопротивления

циклона и степени очистки от скорости газа

 

Расчет циклона

 

При расчете циклона обычно заданы следующие параметры:

– производительность V, м³/с;

– минимальный диаметр частиц d_min;

– температура газа t_газа;

– содержание дисперсной фазы а, % и форма частиц.

Расчет циклона ведется в следующем порядке:

5.6.3.1 Выбирают марку циклона (т.е. задаются коэффициентом сопротивления ξ, который является постоянным для данного циклона независимо от его диаметра).

5.6.3.2 Определяют скорость движения газа в циклоне через гидравлическое сопротивление циклона, которое можно представить уравнением

.                          (5.45)

5.6.3.3 Выбирают оптимальное значение величины Δp/ρ для данного типа циклона и определяют скорость воздушного потока в циклоне w_ц:

                                      .                         (5.46)

5.6.3.4 По уравнению расхода определяют диаметр циклона:

 

                                                                     (5.47)

5.6.3.5 Для полученного значения диаметра по нормалям находят все остальные размеры.

5.6.3.6 Проверяют, может ли обеспечить выбранный циклон достаточную степень очистки для частиц заданного диаметра. Если степень очистки будет недостаточна, необходимо внести корректировку в выбираемые параметры (тип циклона, Δp/ρ, ξ).

Для увеличения производительности требуются циклоны с большим диаметром, а это, в свою очередь, снижает степень очистки. В таких случаях применяют батарейные циклоны, в которых организуется совместная   параллельная   работа   циклонов  меньшего  диаметра (рисунок 5.19).

1 – корпус; 2 – газораспределительная камера;

3 – корпуса циклонных элементов; 4 – трубные решетки;

5 – бункер для пыли

Рисунок 5.19 – Батарейный циклон

 

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: