2.2 Расчет циклона

Циклоны относятся к сухим пылеуловителям – это аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пыле­уловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалю­зийные пылеуловители. Схема циклона приведена на рисунке 2.2.1.

Принцип работы циклона основан на том, что газовый поток вводится че­рез патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательные движения вдоль корпуса к бункеру. Под дейст­вием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Частицы пыли отделя­ются от газа в бункере за счет поворота газового потока на 180⁰. Газовый поток, освободившейся от пыли, образует вихрь и выходит из циклона через выходную трубу. Бункер должен быть герметичен, так как при разгерметизации бункера за счет подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через вы­ходную трубу.

Рисунок 2.2.1– Схема цилиндрического циклона

Для расчета циклона необходимы следующие начальные условия:

• средний размер частиц пыли d_m = 20 мкм;

• дисперсия пыли σ_п = 0,468, lg σ_п = 0.468;

• тип циклона – ЦН-24;

• оптимальная скорость газа ω_{г опт} = 4,5 м/с.

Диаметр циклона вычисляется по формуле:

D = == 0.7 (м ) (2.2.2);

По выбранному диаметру циклона находим действительную скорость газа в циклоне, м/с:

W = 4*V₁ /  *n *D² (2.2.3);

W = 4*1.9/3,14*1*0,7² = 4,939 (м/с);

где n – число параллельно установленных циклонов.

Коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона ξ рас­считывается по следующей формуле:

ξ = К₁*К₂* ξ₅₀₀ (2.2.4);

где К₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁ = 1,0;

К₂ – поправочный коэффициент на запыленность воздуха, К₂ = 0,93;

ξ₅₀₀ – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм, ξ₅₀₀ = 75.

ξ = 1,0 * 0,93 * 75 = 59.985;

Гидравлическое сопротивление циклона вычисляется по следующей фор­муле:

∆Р = ξ*(ρ_г*ω_г²_опт/2) = 59.985*(1,25*4.939² / 2) = 914.53(Па) (2.2.5);

Эффективность очистки газа в циклоне рассчитывается следующим обра­зом:

η₁ = 0,5*[1+Ф(х)] (2.2.6);

где Ф(х) – табличная функция от параметра х, определяемого по формуле:

х = (2.2.7);

Величина d₅₀ определяется по уравнению:

d₅₀ = ;

где d₅₀^Т =8,5;

D_Т = 0,6 (м);

ρ_пт = 1930 (кг/м³⁾;

μ_Т = 22,23*10^-6 (Па*с);

ω_Т = 3,5 (м/с).

d₅₀ = = 6.179;

х = = 1,1358;

Для х = 1,1358 Ф(х) = 0,8413.

η₁ = 0,5*(1+0,8413) = 0,92;

Далее выполняем проверочный расчет циклона, определяя наименьший диаметр частиц, которые полностью осаждаются по формуле:

d_min = (2.2.8);

где n = 2;

R₁ = 0,5 / 2 = 0,25 (м);

R₂ = 0,7 / 2 = 0,35(м);

W – скорость; W = 4,5 (м/с);

d_min = = 15.38(мкм);

Промежуточное значение эффективности циклона определяется по фор­муле

(2.29) и представлены на рисунке 2.3:

η_i = ; (2.2.9);

di, мкм	3	6	9	12	15
ηi, %	3.8	15.21	34.24	60.87	95.12

1. d₁ = 3 мкм; η₁ = 3² / 236,54² * 100% = 3.8%;

2. d₂ = 6 мкм; η₁ = 6² / 236,54² * 100% = 15,21%;

3. d₃ = 9 мкм; η₁ = 9² / 236,54² * 100% = 34.24%;

4. d₄ = 12 мкм; η₁ = 12² / 236,54² * 100% = 60.87%;

5. d₅ = 15 мкм; η₁ = 15² / 23,50² * 100% = 95.12%;

Рисунок 2.3 – График функции η_i (d_i)

Геометрические характеристики циклона представлены в таблице 2.2.1

Таблица 2.2.1 – Геометрические характеристики циклона

Геометрические характеристики (в долях от внутреннего диаметра циклона)	Обозначение	Числовое значение
Высота цилиндрической части	Нц	2,11
Высота заглубления выхлопной трубы	hт	2.11
Высота конической части	Нк	1.75
Внутренний диаметр выхлопной трубы	d	0,59
Внутренний диаметр пылевыпускного отвер­стия	d1	0,3
Ширина входного патрубка	b	0,2
Высота внешней части выхлопной трубы	hв	0,4
Высота установки фланца	hфл	0,1
Высота входного патрубка	hп	1.11
Длина входного патрубка	l	0,6