Protsessy_ispravlennye

31. Центробежное фильтрование. Движущая сила.

Схема фильтрующей центрифуги:

1 — питающая (загрузочная) труба; 2 — закраина ротора; 3—перфорированная стенка ротора; 4 — дренажная сетка; 5 — фильтровальная ткань; б — кожух. Потоки: I— суспензия; // — фильтрат; 111 — осадок В роторах центрифуг осуществляется фильтрование суспензий за счет перепада

давления, создаваемого центробежной силой. Для этого в фильтрующих центрифугах боковая стенка ротора 3 перфорирована, а на внутренней поверхности стенки размещена дренажная сетка 4 и фильтровальная ткань 5 (рис.). Под действием центробежной силы суспензия давит на стенку, жидкость проходит через фильтрующую ткань, ее капли попадают в кожух, внутри которого вращается ротор, стекают в поддон и в виде фильтрата выводятся через сливной

штуцер. Осадок образуется на стенке и удаляется с нее вручную (при остановке центрифуги), либо

на ходу при помощи скребков, ножей или шнеков.

Определим движущую силу центробежного фильтрования. Выделим внутри кольца суспензии, находящейся во вращающемся роторе центрифуги, элементарный слой толщиной

dr, находящийся на расстоянии r от оси вращения (см. рис). Масса этого слоя равна произведению его плотности PC на объем:

dm = PC •H • 2пr • dr.

Центробежная сила, действующая на элементарное кольцо равна dC = w2• r•dm = PC • Н • 2nw2 r2 • dr.

Давление этого кольца на поверхность S суспензии, расположенную за кольцом, составит

		dC		PC H 2nw2 r 2 dr	2
	dP =		=		= P w	rdr
		S		2nrH
					C

По закону Паскаля это давление через суспензию передается стенке ротора – фильтрующей перегородке - или слою осадка у стенки. Общий перепад давления при центробежном фильтровании найдем суммированием давлений, соответствующих всем элементарным слоям суспензии:

	2	2	(R		− R0	)
R				2	2
P = ò	PC w rdr = PC w				2
R0

При центробежном фильтровании окружная скорость вращения ротора о постоянна и поэтому значение общего перепада давления не меняется.

32. Очистка газов в циклонах. Мультициклон. Гидроциклон.

Распр-ми аппаратами для центробежного разделения газовых суспензий явл-ся циклоны.

В нефтепер-ке циклоны прим. на уст. кат. и терм. крекинга, при пр-ве техн-го углерода, сушке тв. материалов в потоке нагретых газов. Запыленный газ поступает со скоростью 15+25 м/с

вцилиндроконический корпус циклона по тангенциальному патрубку, расп-му под углом,

ивращается в кольцевой щели между корпусом и центральной выхлопной трубой. На частицы пыли или капельки ж-ти действует центробежная сила, и они движутся к стенке корпуса. Достигнув стенки, пыль скользит по ней вниз в бункер, а газ, совершив несколько о боротов, поворачивает вверх и уходит по центральной трубе. Внутри циклона возникают два вращательных потока - нисходящий на периферии и восходящий в центральной части. Для преобразования вращательного движения очищенного газа в прямолинейное в верхней

части циклона установлена камера очищ-го газа в форме "улитки". С ростом скорости газа

степень его очистки в циклонах сначала резко повышается, а затем почти перестает расти и в ряде

случаев даже неск-ко снижается (пунктирная линия) вследствие интенсивного вихреобразования и уноса осажденной пыли. ΔP в циклоне увел-ся проп-но квадрату скорости газа.

Коэф-т степени очистки η - отношение кол-ва пыли, уловленной в циклоне, GУЛ к кол-ву пыли, поступившей в это же время в циклон, GНАЧ:

Степень очистки газа в циклонах может составлять 65+95 % и выше; конкретное ее значение зависит от фракционного состава пыли. Для оценки работы циклона исп-ют также коэф-т фракционной степени очистки ηФР. Он представляет собой отношение кол-ва уловленной пыли данной фракции к кол-ву пыли той же фракции, поступившей в циклон за то же время

Общая степень очистки газа может быть подсчитана по данным фракционном составе пыли в газе

и

	η = (ηФР1Ф1 +ηФР 2Ф2 + ... +ηФРNФN )0.01
по фракционной степени очистки:	, где

N — число фракций пыли; ηФР1, ηФР2… коэф-ты фракционной степени очистки газа в данном циклоне, %; Ф1, Ф2 — относительные количества пыли данных фракций (процентное содержание по отношению к общему количеству пыли).

В ряде случаев эф-ть очистки повышают путем уменьшения диаметра циклона до 100*250 мм, но тогда требуется параллельная работа десятков циклонов, так как пропускная спос-ть каждого отдельного циклона невелика. В этом случае трудно объединить в параллельную группу десятки циклонов описанной выше формы. В промышленной практике для этих целей используется особая

конструкция центробежных пылеуловителей — батарейные циклоны или мультициклоны.

Батарейный циклон - прямоугольная или цилиндрическая камера с бункером для пыли.

На рис. батарейный циклон, сост. из параллельно

работающих циклонных элементов 2, смонтированных в

общем корпусе 1 и закрепленных в двух трубных решетках 3 и 4. Каждый циклон оснащен закручивающим устройством в форме винтовой ленты 5 или лопастной розетки 6. Запыленный газ поступает в среднюю часть камеры и входит во все корпусы циклонов, параллельно, получая вращение благодаря винтовым лопастям. В одной общей камере

можно поместить примерно до 100—120 циклонных элементов. Гидроциклоны. Циклоны, предназначенные для разделения жидких неоднородных с-м, наз-ют гидроциклонами. Они прим-ся для осветления ж-тей или обогащения суспензий, а также

для разделения тв. частиц с различными размерами зерен. Гидроциклоны представляют собой цилиндроконический корпус с центральной выхлопной трубой, снабженной сверху тангенциально расположенным патрубком для ввода суспензии, и принципиально не отличаются от обычных циклонов. Недостатки циклонов: большое гидравлическое

сопротивление, невысокую степень улавливания частиц размером менее 10 мкм, истирание корпуса аппарата частицами пыли и чув-ть к колебаниям нагрузки по газу.

33. Основные характеристики псевдоожиженного слоя.

Рис. XVIII-2. Зависимость перепада давления в слое

от скорости потока.

Для плотного и взвешенного слоев характерна зависимость между скоростью ожижающего потока и гидравлическим сопротивлением слоя. Левая часть графика, представленная линиями ОА и ОВ, соответствует движению ожижающего агента через неподвижный слой, когда с увеличением

скорости потока сопротивление слоя растет. В точке В сопротивление слоя оказывается равным его весу и слой переходит во взвешенное состояние; соответствующее этой точке значение

скорости называют критической скоростью WК или скоростью начала псевдоожижения.

Перепад давления в точке А перед началом псевдоожижения превышает вес слоя на величину «пика давления» ΔP0, затрачиваемую потоком на преодоление сил сцепления между частицами. Величина ΔP0 зависит от плотности упаковки частиц, формы и состояния их поверхности.

При дальнейшем увеличении скорости потока перепад давления в слое остается неизменным, и линия «кривой псевдоожижения» идет параллельно оси абсцисс. Постоянство значения перепада давления в слое (участок ВС) характеризуется равенством гидродинамического давления и веса слоя, приходящегося на единицу площади его поперечного сечения, и сохраняется до значения

WВ, соответствующего скорости витания, выше которой частицы уносятся из слоя и наступает режим пневмотранспорта.

Перепад давления

ΔР= Hog(ρТ-ρ)(l-ε0),

где ρТ и ρ — соответственно плотность твердых частиц и потока.

34. Реакторы со стационарным, движущимся слоем катализатора

Псевдоожиженный слой – кат крекинг Стационарный слой –производство серной кислоты, риформинг

35. Основное уравнение гидростатики

Гидростатика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей. Важное место в гидростатике имеет понятие о гидравлическом давлении.

Выделим в жидкости, находящийся в равновесном состоянии, объем ∆V рис 1. Чтобы определить силы, действующие в жидкости, рассечем выделенный объем плоскостью ∆F, отбросим одну из частей, например верхнюю, и заменим действие отброшенной части силой ∆P.

Отношение ∆P к ∆F называется средним гидростатическим давлением

p	=	P
cp		F .
Очевидно, что в каждой точке площадки ∆F гидростатическое
давление будет различным, при этом среднее гидростатическое
давление будет тем меньше отличаться от истинного, чем меньше
величина площадки ∆F.
			Рис 1.
Таким			образом истинное давление в
точке А будет			равно	предельному

		pA = lim			P
					F			F→0
Рис 2.
Выделим в		жид-ти, находящейся в покое,
объем,		имеющий	форму					призмы со
сторонами		∆х, ∆у и ∆z. Рис 2. Рассмотрим
равновесие		этого объема			под			действием
приложенных		к нему	сил.		Спроектируем
силы	на	вертикальную			ось. Очевидно,
		равнодействующая						всех	сил,
направленных		вертикально,			будет				равна
		P − P1 − G = 0
нулю,	так как тело находится в равновесии.	След.							или
p x y − p1 x y − ρg z x y = 0

p = p1 + ρg	z
отсюда	основное уравнение гидростатики.

Гидростатическое давление в жидкости пропорционально высоте ее слоя и на одинаковой глубине имеет одну и ту же величину во всех точках жидкости.

Если верхнее основание выделенного объема совпадает с поверхностью жидкости, давление на

	p0	p = p0	+ ρg z
которой равно	то		. Поскольку разность Р и Р1 является подъемной

(выталкивающей) силой, то запишем:

A = P − P1 = G = ρg x y z = ρg V

36.Режимы движения жидкости

Режим движения вязкой ж-ти может быть ламинарным и турбулентным.

Ламинарный режим течения наблюдается при малых скоростях движения или большой вязкости жидкости. При этом жидкость движется как бы параллельными струйками, которые не смешиваются одна с другой.

По сечению трубопровода скорости струек изменяются по параболическому закону, однако скорости всех струек направлены вдоль оси потока и постоянны по величине. Около стенки трубы скорость равна нулю, на оси трубы – она макс. Средняя скорость жидкости равна половине макс-ой.

Турбулентный режим наблюдается при больших скоростях. Частички жидкости движутся беспорядочно по рассекающимся направлениям. Однако в каждый момент имеется некоторое распределение скоростей, определяющее движение частиц жидкости вдоль оси потока. В каждой точке потока происходит пульсация скорости относительно некоторой средней величины.

Переход ламинарного течения к турбулентному тем легче, чем больше массовая скорость

		μ
жидкости, диаметр и меньше вязкость жидкости		, которые определяют величину безразмерного
комплекса – критерия Рейнольдса :
Re < 2300	– устойчивый ламинарный режим
2300 < Re	< 10000 – неустойчиво турбулентный режим

Re = wdμρ = wdν

Re > 10000 – устойчиво турбулентный режим

37.Уравнение неразрывности потока (Материальный баланс потока)

Q1 = w1 F1

Рассмотрим объем элементарной струйки между двумя сечениями. Слева в выделенный объем втекает в единицу времени количество жидкости

А справа из этого объема за то же время вытекает количество жидкости

Q2 = w2 F2

Q1 = Q2

Если же жидкость несжимаема, через боковую поверхность струйки расход жидкости отсутствует и в жидкости не образуются пустоты:

w2 F2 = w1 F1

Поскольку это соотношение справедливо для любых двух сечениях

струйки :

Qi = wi Fi = const

- Уравнение неразрывности

Для потока жидкости уравнение неразрывности записывается:

Q = wcp F = const

Отсюда

wcp1 = F2 wcp2 F1

Т.е. средние скорости потока жидкости обратно пропорциональны площади поперечного сечения соответствующих сечениях потока.

38.Энергетический баланс потока жидкости.Ур-е Бернулли.

	ЭНЕРГИЯ ЖИДКОСТИ
Кинетическая	Внутренняя		Потенциальная
Кинетическая энергия	Энергия давления		K=mw2/2
движения молекул;	Пp=p*V
Потенциальная энергия	Энергия положения
межмолекулярного	Пz=G*z=m*g*z
притяжения;
Энергия
внутримолекулярных
колебаний.

Полная энергия жидкости: E´=U+pV + mgz+mw2/2, Дж Удельная энергия жидкости: E =u+pγ + gz+w2/2, Дж/кг

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.

p

1

w2

p

2

w2

2

2

u1 +

+ gz1 +

1

= u2 +

+ gz2 +

2

u1

+ p1γ + gz1

+ w1

= u2

+ p2γ + gz2

+ w2

ρ

2

ρ

2

2

2

		p	1		w2	= z2 +	p	2		w2
	z1 +			+	1				+	2
		ρg			2g		ρg			2g

u1=u2

Уравнение Бернулли является частным случаем закона сохранения энергии и выражает энергетический баланс потока: полная удельная энергия жидкости есть величина постоянная во всех сечениях потока.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости.

			p w2					p w2							p		w2			p				w2
gz	1	+	1	+	1 = gz	2	+	2	+	2 + u	2	− u u	1	+	1	+ gz +	1 = u	2	+	2	+ gz	2	+	2
			ρ		2			ρ		2		1			ρ	1	2			ρ				2