Файл: Rozdilennya.pdf

осі апарату та поступальний - донизу, паралельно його стінкам. В результаті за різної об”ємної маси фаз ( ч с) тверді частинки мають рухатися радіально: від осі до внутрішніх стінок машини, описуючи спіралевиднутраєкторію.Подосягненні стіноккорпусувонивтрачають кінетичнуенергію та падаютьдонизуувивантажувальнийпатрубок.

В дійсності, як показали експериментальні дослідження, дисперсійнесередовищевциліндричнійчастинірухаєтьсянеламінарно, а із завихреннями. У нижній конічній частині неоднорідна система переміщуєтьсягвинтовидновздовжосьовоїлініїунапрямі,зворотному основному напряму потока середовища (рис.8.13, а). Зіткнення та інтенсивне перемішування даних потоків біля краю вихлопної труби створюють надзвичайно складний профіль швидкостей елементів неоднорідної системи.

Рис. 8.13. Схема аероциклону.

а– технологічна схема циклона ;

б– конструктивна схема циклона.

Взагалі,начастинку,щознаходитьсяуциклоні, діютьтрисили:

29

відцентрова, гравітаційна та Архімедова. Порівняно з першою, що виникає внаслідок обертового руху потоку середовища, останні дві сили єнезначними.Загальний вираздляшвидкості осадженнячастин дисперсної фази без врахування форми частин та концентрації неоднорідної системимає вигляд:

де 0 - швидкість обертового руху середовища, м/с; d - діаметр частин дисперсної фази, м; П, с - густина відповідно потоку та дисперсійногосередовища, кг/м3; r -радіус обертання твердих частин, м; -коефіцієнтгідравлічних опорівциклона.

Процес циклонування використовується з метою розділення газових тарідких неоднорідних систем, щоздійснюються відповіднов аероциклонахтагідроциклонах.

8.3.2.Закономірностіпроцесурозділеннятаметодикарозрахунку основнихпараметріваероциклонів.

Для газових неоднорідних систем, що розділюються в аероциклонах, Архімедовою силою можна зневажити, так як густина середовищаусотніразівменшазагустинутвердихчастин,тобтоможна прийняти,що ч= п.

К.к.д. циклонів, за даними П.О.Коузова, складає в середньому 70…80%. Значнийвплив на данийпараметр виявляє співвідношення розмірівконструкціїциклонів(рис.8.13,б).Томузметоюудосконалення даних апаратів підбирають найбільш оптимальні співвідношення між розмірамитаоптимальні швидкості рухупотокавсередині циклона.Так верхня частинатакоїмашинивиконанау вигляді гвинтовоїповерхні та умонтованатак,щобвже напочаткуробочоїзонигазнабувобертового руху.

Вираз (8.38 ) свідчить, щоефектрозділенняможнапідвищити як за рахунок збільшення окружної швидкості обертання газу 0, так і внаслідок зменшення радіуса апарату r. Однак збільшення швидкості газового потоку призводить до різкого зростання гідравлічного опору циклона,так як:

де р - гідравлічний опір циклона, Н/м2.

30

Оптимальні співвідношення перепаду тиску і густини газу становлять: р/ с =550…750.

Рис. 8.14. Конструктивна схема та принцип дії батарейного аероциклону.

а – технологічна схема: 1 – мікроциклон; 2 – нижня частина циклону;

3– приймальник осаду;

б– конструктивна схема: 1 – корпус; 2 – сполучний каркас мікроциклонів; 3 – мікроциклон; 4 – вхідний патрубок; 5 – трубки

мікроциклонів.

Гідравлічнийопірциклона можнавизначити такожяк:

діаметрциклона, м;Пv -об”єм газу,щонадходить на очищення,м3/год. Зменшення діаметру циклона, з однієї сторони, підвищує ефективністьосадженнязарахунокзбільшеннявеличинишвидкості с. З другої сторони, це призводить до зменшення пропускної здатності циклона. Томудоцільновикористовувати батарейні аероциклони(рис. 8.14), які складаютьсязнабору малих циклонівневеликого діаметру.У верхнійчастині апаратуназовнішнійповерхнівихлопноїтрубкикожного такогоелементуумонтовуютьсягвинтовидні лопаті абозастосовується мікроциклон з суцільною гвинтовою поверхнею. Газ, що надходить всередину апарата по трубі 4, розподіляється одночасно по всім елементам3тапо мірі очищеннявідводиться по загальномупатрубку. Аероциклони набули широке розповсюдження на харчових

31

виробництвах для уловлювання частинок цукру, барди, сухого жому після сушарок, очищення повітря в переробних підприємствах тощо.

Діаметрциклонаможнавизначитизаформулою:

Тривалістьперебуваннягазув циклоні складає:

деr-радіусциклона,м;nГ -кількістьобертівгазувциклоні,щопрактично становить ПГ=1,5; 0 -коловашвидкістьгазувапараті: 0=12…14м/с.

Розміривихідноїтрубистановлять:DB=d+2 ;

де Пv - об’єм газу, що надходить на очищення , м3/с; B - швидкість газу у вихідній трубі: B=4…8 м/с;

dB,DB -відповідновнутрішнійтазовнішнійдіаметритруби,м; -товщина стінкитруби,м.

Висотаробочоїабоциліндричноїчастинициклона:

де ВХ - швидкість входження газу в циклон: ВХ=18…20 м/с.

При розрахунку конічної частини циклона орієнтовно можна прийняти, що кут при верхівці конуса дорівнює 30…400, а діаметр вихідного отвору - 0,2…0,25 м.

Під час розділення у відцентровому полі можливі три ділянки осаджування, щохарактеризуються числовими значеннямикритерію Рейнольдса. Діаметр найменших частинок, що осаджуються, можна визначитизалежновід режимуобробкинаступнимчином:

32

а). Для ламінарного режиму, колиRe 2:

де - в”язкість газу, Па*с; - кутова швидкість, рад/с:

б). Для перехідного і турбулентного режиму, колиRe 2:

де -коефіцієнтопорусередовищадляперехідногорежиму(500 Re 2)

13

Швидкість осаджування у відцентровому полі циклона можна визначитияк:

де r0 - радіус обертання, м.

При виконанні даних розрахунків потрібно попередньо задатися значенням Re, а потім перевірити її величину.

Ефективністьроботициклонавизначається коефіцієнтомйого корисної дії :

де СП,СК - початкова та кінцеваконцентрації пилу в газі.

33

8.3.3.Особливості процесурозділення тарозрахунок основних параметрів гідроциклонів.

Гідроциклони-є апаратидля розділення рідких неоднорідних систем. Завдяки таким властивостям як простота конструкції та обслуговування, невисока вартість, компактність апарату, відсутність рухомих частин, гідроциклонинабулиширокогопопиту. Зокрема, вони використовуються у крахмало-паточній промисловості для згущення кукурудзяної кашки та відокремлення від неї кукурудзяного зародку, розмиваннякрахмальногомолоказамістьспеціальнихрозмивних чанів, відокремлення піску з крахмальної суспензії, виділення крахмалю з крахмальногомолоказамістьцентрифуг:уцукровомувиробництві для розділеннясатураційнихсоків;дляочищеннятранспортерно-мийнихвод впереробних підприємствах.

Рис. 8.15. Схеми гідроциклонів.

а – принципова схема: 1 – нижній або шламовий патрубок; 2 – конічний корпус; 3 – циліндричний корпус; 4 – підвідний патрубок;

5– вихідний патрубок; 6 – зливний патрубок;

б– технологічна схема процесу;

в– пісковий гідроциклон: 1 – отвір для суспензії; 2,3 – циліндрична та конічна частини апарату; 4 – отвір для виведення згущеної маси

зпіском; 5 – виведення очищеної крахмальної суспензії; 6 – патрубок для подачі води; 7 – корпус другої камери; 8 – конічна частина корпусу другої камери; 9 – виведення піска у третю камеру.

34

Під час роботи гідроциклона (рис. 8.15) суспензія під тиском 0,2…0,3 МПа через патрубок 4 тангенціально спрямовується у циліндричну частинукорпуса3тадалі поспіралевиднійтраєкторіїрухаєтьсядонизу. Згущенийпродукт відводиться з апарату через шламовий патрубок 1. Внаслідок гвинтовидного руху периферійного потоку поблизу від осі циклона виникає зворотна течія освітленої рідини, що спрямована доверху та відводиться через патрубки 5 і 8.

Витрати суспензії через підвідний патрубок діаметром dП визначається як:

де kB - коефіцієнт витрати; С - густина суспензії; р - перепад тиску у циклоні; D -діаметрциклона; dП,dH -діаметри відповідно підвідногота нижньогопатрубків.

380 складає к=2,8*10-4 .

Енергетичні витрати на роботу гідроциклона визначають в залежностівіднеобхідноїпотужності насосадлязабезпеченнязаданої продуктивності ПС зпевнимтиском рідини.

Експериментально доведено ряд співвідношень, які рекомендуєтьсязастосовуватидляефективноїроботигідроциклонів:

dH/dЗ = 0,37…0,4; dП = (0,14…0,3)dЗ; dЗ = (0,2…0,167)D

де dЗ - діаметр зливного патрубка;

Кутконусностідлягідроциклонів-класифікаторівможнаприйняти= 200 , а для апаратів, в яких здійснюється згущення та освітлення суспензії = 10…150. З метою підвищення ефективності роботи гідроциклонівдоцільновикористовуватимультігідроциклони(рис.8.16).

35