Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Расчет центробежных пылеуловителей (циклонов)




Циклоны позволяют разделить пыли в поле центробежных сил. Циклоны выпускают с корпусом диаметром от 100 до 1000 мм. Эффективность их работы характеризуется фактором разделения. Степень очистки газов зависит от конструкции циклона, размера частиц и их плотности. Например, если КПД циклона при улавливании частиц диаметром 25 мкм составляет 95 %, то при диаметре частиц 10 мкм КПД снижается до 70 %. Степень очистки газов от пыли часто определяют по нормалям и номограммам, составленным на основании экспериментальных данных. Циклон, представленный на рис. 7 обладает небольшим гидравлическим сопротивлением и позволяет достигать относительно высокой степени очистки.

Наиболее предпочтительным по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали, однако по практическим данным, все способы подвода могут применяться с равной эффективностью.

Сущность циклонного процесса заключается в следующем: газовый поток со взвешенными частицами вводится в аппарат через входную трубу со скоростью 10...40 м/с. Благодаря тангенциальному вводу и наличию центральной выводной трубы поток начинает вращаться вокруг последней, совершая несколько витков при прохождении через аппарат. Под действием возникающих центробежных сил взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса, а затем соскальзывают в коническое днище и удаляются из циклона через патрубок. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выводную трубу.

 

 

Точный расчет циклонов достаточно сложен, поэтому их рассчитывают упрощенно по величине гидравлического сопротивления .

Фиктивная скорость газа (в м/с) в цилиндрической части циклона может быть определена по формуле:

, (3.1)

где Dр/rг – фактор разделения;

xц – коэффициент гидравлического сопротивления.

Для циклона, показанного на рис. 7, отношение DР/rг составляет 500…750 м22.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления xц, отнесенного к vф, принимают по опытным данным.

Диаметр цилиндрической части циклона (в м) определяют по заданной производительности:

, (3.2)

где V – объемный расход запыленного газа, м3/с.

Определив диаметр цилиндрической части циклона Dц, находят все остальные его размеры. На рис. 7 показаны размеры циклона в зависимости от диаметра его цилиндрической части.

Особенность циклона конструкции, представленной на рис. 7 – наклонный патрубок для поступающего газа. От угла наклона патрубка зависит степень очистки газа:

- циклон с углом 24° (ЦН-24) обеспечивает большую производительность при малом гидравлическом сопротивлении и предназначается для улавливания крупных частиц. Коэффициент гидравлического сопротивления xц = 60;

- циклон с углом 15° (ЦН-15) обеспечивает хорошую степень очистки при сравнительно невысоком гидравлическом сопротивлении xц = 160;

- циклон с углом 11° (ЦН-11) обеспечивает высокую степень очистки xц = 250;

Удаление пыли из газов в циклоне протекает в две стадии. На первой стадии частицы переносятся в зону осаждения. Этот процесс осуществляется за счет центробежной силы. Вторая стадия заключается в отделении частиц. Она начинается тогда, когда концентрация частиц в газовом потоке превышает предельную нагрузку, т.е. количество пыли, которое в состоянии переносить газовый поток в данных условиях с учётов влияния стенок.

Принципиально циклон работает по следующей схеме (см. рис. 7). Газы, направляющиеся в аппарат, поступают в цилиндрическую часть циклона, приобретают движение по спирали с увеличивающейся скоростью от периферии к центру внутрь, спускаются по наружной спирали, затем поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу больше ускорения силы тяжести. Поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за линиями тока газов и под влиянием центробежной силы выносятся из кривой движения газов по направлению к стенке.

В цилиндрической камере циклона статическое давление, как и в каждом искривленном течении, сильно падает в направлении от периферии к центру. В основном потоке направленные во внутреннюю сторону сжимающие усилия приходят в равновесное состояние с центробежными силами газов. Более медленно текущий у стенки циклона пограничный слой испытывает соответственно меньшие центробежные силы.

Однако у конической стенки циклона и у его крышки перепад начинает сказываться. Сжимающее поток усилие становится значительно больше центробежной силы, и он в виде сильного вторичного вихря направляется внутрь, захватывая с собой много частиц пыли. Но так как затем поток еще несколько раз по пути вниз обернется вокруг выхлопной трубы, частицы могут быть вновь отброшены к стенке аппарата.

Вторичный поток, искривленный вдоль конической стенки, захватывает отброшенную к стенке пыль и направляет ее вниз к пылеосадительной камере (бункеру). Без этого потока отдельные частицы, находящиеся у стенки, не могли бы попасть вниз, поскольку направленная вверх составляющая центробежной силы является большей по сравнению с силой тяжести. О большом влиянии вторичного потока свидетельствует тот факт, что пыль выносится из лежащих и даже перевернутых циклонов.

В пылеосадительной камере (вследствие сужения в месте соединения) газовый поток циркулирует слабее, чем в цилиндрической камере. Однако и в этом случае на оси вихрь имеет пониженное давление. Часть вторичного потока цилиндрической камеры в пылеосадительной камере перемещается вниз и вновь возвращается в ядро вихря. Благодаря этому уже отсепарированная пыль может быть вновь захвачена и вынесена в район оси вихря.

Газовый поток, перемещающийся по трубе, имеет ограниченную несущую способность (так называемую загруженность) по пыли. Это еще в большей степени относится к циклонам, потому что вместо силы тяжести здесь сказывается во много раз большая центробежная сила.

Обычно теоретические исследования очистки газов в циклонах приводят к получению формулы, характеризующей критический (минимальный) диаметр частиц dкр (в м), полностью улавливаемых аппаратом:

 

 

, (3.3)

где mг – коэффициент динамической вязкости газов, Па×с;

Vг – объемный расход газов, м3/с;

– скорость газов на входе в циклон, м/с;

rг – плотность газов, кг/м3;

rч – плотность частиц пыли, кг/м3;

Dтр – диаметр выхлопной трубы, м, (0,58 Dц);

Dц – диаметр цилиндрической части циклона, м;

Dв – диаметр выходного сечения конической части, м, (0,35 Dц);

Н – высота цилиндрической + конической частей аппарата, м, (2Dц + Нц);

Нц – высота цилиндрической части, м, (0,825 + 0,775 + 0,66) Dц;

hтр – высота заглубления выхлопной трубы , м, (0,775 + 0,66) Dц.

Расчет эффективности очистки h (в %) в циклонах ведется на основании дисперсного (фракционного) состава пыли на входе в циклон по формуле:

, (3.4)

где hфр1, hфр2, …, hфр n – коэффициенты парциальной эффективности очистки в данном циклоне (средние для определенной фракции), доли единицы;

Ф1, Ф2, … , Фn – содержание частиц данной фракции в пыли на входе в циклон, вес. %.

 

ЗАДАЧА 3.1

Рассчитать циклон для выделения частиц сухого молока из воздуха, выходящего из распылительной сушилки.

 

Исходные данные:

Наименьший размер частиц d, мкм Массовый расход воздуха Gг, кг/ч Температура t, oC DP/rг Коэффициент сопротивления цилинд. части, xц Скорость газов на входе в циклон, v’г, м/с
9,5 72,0 11,75

 

Решение:

Для улавливания частиц сухого молока размером 13,5 мкм выберем циклон типа ЦН-11. Рассчитаем фиктивную скорость газа в цилиндрической части циклона:

Вычислим плотность воздуха при заданной t ̊ C:

Определим гидравлическое сопротивление циклона:

Определим объемный расход:

Определим диаметр циклона:

ЗАДАЧА 3.2

Рассчитать критический диаметр частиц пыли с учетом решения задачи 3.1

Исходные данные:

Наименьший размер частиц d, мкм Массовый расход воздуха Gг, кг/ч Температура t, oC DP/rг Коэффициент сопротивления цилинд. части, xц Скорость газов на входе в циклон, v’г, м/с Плотность газа ρг, кг/м3 Плотность частиц пыли ρч, кг/м3   Диаметр циклона, , м
9,5 72,0 11,75 0,77 0,542

 

 

Решение:

 

Находим диаметр выхлопной трубы:

Определим диаметр выходного сечения конической части:

Определим высоту цилиндрической части:

Определим высоту цилиндрической + конической части аппарата:

Определим высоту заглубления выхлопной трубы:

Определим критический диаметр частиц пыли:

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.