Циклоны

Расчет предельного диаметра частиц для любого режима осаждения см. В Приложении (формула 3).

Очевидно, что все частицы, диаметр которых равен

или больше диаметра, найденного по формуле (6),

h2f1) = 2,26	(ЦН - 15)
2R1/D = 0,6	(цн - 15)

будут осаждены в ЦИI<JIоне. ЕсJПI частица диаметром d", мень­

шим, чем d, находится на расстоянии R", большим, чем R1 (при входе

газового ПОТОЮl в циклон), то она может быrь осаждена в циклоне

при условии

dx _ ~R2 -Rx

d ~R2 -R1

ИЛИ

d; _ d 2 -

Rz

Rz

	-Rx	(7)
	-R)

Так как кп.д. ЦИЮIона есть отношеиие числа частиц, осажден­ ных в циклоне, к общему числу частиц, то 1J ЦИЮIона для частиц

диаметра, равного IL'Ш большего d, будет равен единице.

для частиц диаметром dx, меньшим, чем d, можно предполо­ ЖИТЬ равномерность распределения на расстоянии от R1 дО R2 при входе ffi'ЮВОГО потоЮl в циклон. Тогда доля частиц диаметра d", оса­ жденных в циклоне, будет равна

1)	-R	(8)
~=~~	х
R2 -R)
Сравнивая (8) и (7), получим
17х	d 2	(9)
	=d~
Таким образом, с помощью выражения (9)		может быть дана

оцеНЮl эффективности циклона Д..'JЯ Юlждого диаметра частиц на вхо­

де в циклон при условии ламинарного режима движения частиц.

Рассмотрим влияние раЗJШЧИЫX факторов на степень улавJПI­

ванин пьши в циклоне.

С повышением скорости газового потока улучшается улав,'Ш­ вание ПЫJПI в ЦИI<JIоне. Однако, при больших скоростях рост К.П.д.

цик.'Хона замедляется, а при переходе некоторого предела, зависящеro

от конструкции цик.'Хона И дисперсного состава улав..'lИ8aeмоЙ пыли..

12

www.mitht.ru/e-library

начинает даже снижаться. Это ВbIЗваilО ВОЗНИЮlовением завихрений.

срывающих уже осевшие частицы пыJщ и дроблением скоагулиро­

ванных пылевых arperaТOB.

Крупные частицы пыли осаждаются быстрее. Увеличение

плотности вещества чаcnщ также ускоряет их улавливание.

При уменьшении (R2 - Rд сокращается путь, проходимый

частицей, следовательно, облегчается ее осаждение. Однако, если

величина (R2 - R1) будет очень небольшой, то возможно забивание

пылью входного патрубка.

Если величина (R2 - Rд остается постоянной, но растут абсо­

лютные значешfЯ R2 и R\, то возрастает их сумма (R2 + R1) и осаж­

дение пыли замеДJVIется. Отсюда следует, 'По при увеличении диа­ метра циклона ухудшается его КП.д. для получения высокой эффек­

тивности улавливания пы.Iи лучше примеиять циклоны малого диа­

метра; но это приводИТ или к значительному увеличению скорости

газа, что не всегда допустимо, или к необходимости пропускання газа

через несколько параллельно установлениых циклонов.

Вязкость газа увеличивается при повышении температуры и это снижает эффективность улавливания пыли в ЦИl,.."lOне.

Выше бъmо указано, что теоретические расчеты связаны с ря­

дом допущений и упрощений. Например, не учитывается влияние беспорядочного вихревого движения вращающегося raзового потока,

нарушающего нормальное осащдение пыли. Принимается, что частн­ цыI пыли - шарообразной формы; частицы пыли не коагулируют в

процессе осаждения; дocтиrнyв стенок циклона, они не вовлекаются

повторно в газовый поток; не учитывается влияние конической частн

циклона; допускается, что пыJIъ равномерно распределена по сече­

НИIO входного патрубка.

В действительности, мелкие частlЩЫ пыли коагулируют в аэ­

розоле еще до входа газового потока в циклон. Последнее приводит к

увеличению размера частичек при одновремениом уменьшении их

плотности. При больших скоростях газа силы воздействия raзoвого потока могут бъrrь настолько велики, что скоагулированныIe ранее крупныIe агреraты будут дробиться. Все это приводиТ К уменьшению

степени улавливания пъmи в циклонах.

Среди предлагаемых различных методов расчета степени улавливания пыли в циклонах наиболее достоверным кажется метод обобщения и использования показателей, получаемых при испытании

циклонов в ПРОМЪПIIлениых условиях иди на стендах. для ряда ци­

:клонов раздичных типов БЫ.1m полученыI сведения о степени улавJIИ-

13

www.mitht.ru/e-library

вания отдельных фракций пыли. Эrи даЮlЫе приведены в нормалях,

Bъmycкaeмыx различными научно-исследовательскими и проею'ными

орraнизaциями. Например, расчет эффективности ЦИЮIОНОВ с учетом

их КОНСТРУКЦИИ, типа и размеров, а тажже парамerpoв аэрозоля при­

веден в Указаниях ПО расчету циклонов [2,3,6J. на основании этих материалов составлены HOMOrpaм:мы, позволяющие значительно об­

легчить решение задач проекrиpoв3НИJI ИJIН эксrшyзтации циклонов

[1,4].

для определения эффективности циклонов неоБХОДИМО знать

сопротивление выбранного циклона, дисперсный состав и плотность

материала пьшевых чаcnщ. Дисперсный состав пыли ДОJIжен бъпь

представлен двумя величинами: средиим размером частиц dso и ПОка­

зателем дисперсности пыли (j, который характеризуется отношением

а =dl~.9/d~o =d so /d84•1

(10)

где d15,9, dso, ds4,J - диаметр частиц, при котором масса всех частиц меньше соответственно d15,9, dso, ds4,J, будет составлять 15,9;

50 и 84,1% от общей массы пъши. эти величины легко находят прн

построении кривой распределения частиц пыли в вероятностных ко­

ординатах.

Расчет эффекrивности циклона может бъrrь представлен таб­

лицей и номограммой. По таблице 3 находят размер частиц, 50%

которых МОГУТ быть уловлены в выбранном циклоне при заданных

условия:х, а по номограмме рис.2 определяют· степень улавливания: пъmи в зависимости от дисперсного состава, Т.е. от dso и (j.

5. ЦИКnОНЫНИИОГАЗА

Из различных коиструкций ЦИКЛОНОВ рассмотрим наиболее

распространенные - ЦИКЛОНЫ НИИОГАЗа.

Отличительной особенностью циклонов ЭТОГО Типа (см. При­

ложение) является наличие наклонного входного патрубка прямо­ угольной формы. В верхней, цилиндрической части корпуса циклона имеется крыщка, изогнутая по винтовой mmии на 3600 с шагом, рав­ Hым высоте вхоДного патрубка. нижия:я часть корпуса выполнена в виде конуса. На ВЫХОДИОЙ трубе можно устанавливать "улитку", слу­ жащую для преобразования вращательного движения газа в поступа­

тельное.

Под ЦИКЛОНОМ обязательно устанавливают бункер для сбора

уловленной пыли.

14

www.mitht.ru/e-library

Имеется три ТlШЗ циклонов НIlliOГАЗа, отличающихея один

от другого углом НЗЮlона входного патрубка. У циклонов типа ЦН-15 (нормального) и ЦН-15у (укороченноro) угол составляет 150. Цш<лон

типа ЦН-24 повышенной пронзводительностн имеет угол НЗЮlОНЗ входного патрубка - 240. ЦнЮ10Н ЦН-ll повышенной эффеI<ТИВНОСТН имеет угол наклона входного патрубка 110. Основным типом цикло­ нов НИИОГА3а является тип Щf-15, имеющий при равных гидрав­ лических потерях и производительностн несколько меньшие габарит­ ные размеры по сравнеlПDO с циклоном ЦН-ll.

Циклон ЦН-l5у применяют при высоких степенях очистки; в

этом случае габаритныIe размеры циклона минимальны.

В промъпплеиности применяются и другие типы циклонов: на­

пример, JШСТ, ВЦНИИОТ, СДК-ЦН-ЗЗ, СК-ЦН-34.

15

www.mitht.ru/e-library

~

~

~

V?V/'7V

V/V7f-'l;

~'

/

.

/

// /,7

7'77

~

Q)

.https://studfile.net/

'/ /

/1/

~

/Г7

Q)'1:j

о:а

t

l~ .К'

/

717

7

717

"D

"-

..~r..~ "/

~/

r/,

717 7 77 1\.

I.e

~~ 1PV ~'l~~

'/[~ t.,;

77t.a

Ф ~t~V~

7/7 ~,/y Ic)

I~

:

~~V/

I

k)~~~V~~t%~ ~~ 6 /~7

~

~V/ // V/V/ '/V/V "// '/ ' ~ ~

'Чv/~~t/j//~Vj~ [/7

~1

;~~~~

~

'\t

"\01+

~~ I

~

~

"'"-

'..

~

~

~

~

~

~

~'~Q~~t ~~ ~~ ~ ~

~

&1~&f~ ~ ~

~

'НN:J IJH()V)ff1" f 17r19~ tг"'If(J~f7VУfJVп

911~t/vUlJ

"

~

,Z:

Рис, 2 Номограмма для определения степенн улавливания IIЫ~

ли в ЦНIOIoнax

16

www.mitht.ru/e-library

Пример 1 (Пример расчета циклона)

Рассчитать диаметр ЦИЮIона тнпа ЦН-15 для очистки от пыли

5500 мЗ/час газа при темпера-rype t = 2000С. ПЛотность газа при нор­ мальных УСJlОВШIX составляет PJ = 1,25 Ю'/нмЗ. ПЛотность пыли ре = 1500 кг/мЗ. Барометрическое давление равно В:: 740 мм рт. ст.

ГидраВJПfЧеское сопротивление ЦИЮIона не ДOJDКНo превьпnaть 50 мм

вод. СТ. Дисперсный состав пыли, подлежащей улавливанию, приве­

дена в таБЛ.l. Начальная запыленность газа - 20 г/имЗ• Определить

степень улавливания пыли выбранным l.JИI<Лоном.

Таблица 1 Результаты анализа дисперсного состава пыли

	Размер частицы пыли,	5,0	lO	30	50
	MI<М (d)
	Доля всех чacnщ
	размером, больше d	90	75	38	20
	от общей массы пыли, %

Расчет диаметра ЦИЮIона

Руководствуясь данными табmщы 1 Приложения к сборке

одиночного ЦИКJIона, рассчитаем коэффициент гидраВJПfЧеского со­ противления циклона ЦН-l5 на запыленном потоке по формуле

~ч = K2~:

где ~:=150 - коэффициент гидраВJПfЧескоro сопротнвлении

циклона при чистом га.1е.

qц = 0,92'150 = 138

Определяем плотность газа при рабочих условиях

Р	=	Тор =125		273(740 - 1)	=О702 кг/м3
		Ро Тро	'	(273 + 200}760	'

(здесь давление прнннмается равным разности мещду баро­

метрическим давлением и разрежением на входе, Т.е.

740 - (10/13,6) = 740 - 1

Оптимальное условие работы ЦИКJIонов обеспечивается при

др = 50 -100 м.Прнннмаем др =60 . Изуравнения

pg	pg
	17

www.mitht.ru/e-library

находим.
	=~2gj: щ> =
Wуел		2·9,81·60 =292м1с
	~чpg	138	'

Диаметр циклона определяем по уравнеlППO:

D=	------- =	5500	=0816м
	V
	0,785· 3600· WYC"	0,785·3600·2,92	'

Принимаем диаметр ЦИl(Лона, равным 800 мм. Уточняем Wусл

и Ар дляпринятоroзначениядиаметраЦИl(Лона.

pg

w =		v	5500	=3 04 М!С.
уел	О,785. D2 .3600		0,785· 0,64 . 3600	'
	Ар = ~цWу~ = 138·3,042 =65м.
	pg	2g	2·9,81

Найденное значение Ар не выходит за оптимальные преде-

pg

лы. Провернм значение др, ТaJ( как по условшо задачи др не должно превышать 50 мм. вод. ст.

Ар = 65· pg =65· 0,702·9,81 = 447,6 н/м2 = 45,6 мм вод. СТ.

Степень улавливания пыли ЦИl(Лоном ЦН-l5, диаметр которого со­ ставляет 800 мм.

Оценим степень улавливания ПЫJШ ЩlЮIоном, полагаи, что

режим движения частиц ламинарный.

Зная геометрические размеры выбранного ЦИЮIона (СМ. При­

ложение), определим число оборотов, совершаемое газовым потоком

в циклоне как отношение между высотой цилиндрической части ци­

клона h2 и высотой входного патрубка hl (см. рис. 1)

n = h2 =1808 = 336. hl 538 '

Далее найдем скорость газа во входном патрубке:

18

www.mitht.ru/e-library

w= _V_ =	5500	= 13 02 м/с.
Бt·h.,	3600·0,218·0,538	'
Тогда предельный диаметр частицы будет равен (формула 6)

d = 3 /1 R2 -Rt	= 3 0,025.10-3. (0,4-0,24) = 13,2 МI<М,
WРm7l11	1500 ·13,02·3,14·3,36

Т.е. частицы, диаметр которых выше 13.2 мкм., будут поJПIOСТЪЮ

OCЮIЩены в ЦИIOIоне

rtd=lз,2 = 100%

Проверим справедJIИВQCТЬ предположения о том, что осажде­

ние происходит в условиях ламинарного режима

Re= W,dp

/1

где \vrможет бьпь опредедена по формуле (4)

W =d 2W 2p г r 18R/1

Подставим выражение для реальной CI<орости в Re

Re= d 3w 2 PmP =(13,2,10-6113,022 ·1500·0,702 =0,0365

18R/12	18.(0,025.10-З У.R		R
При	Rt = 0,24	Ret = 0,152 < 0.2
R2 =0,4 R~ = 0,091 < 0,2
для частиц диаметром 12,6 мкм эффехтивностъ улавливания
составит
- d; _12,6 _ О911 - 9110.1'
1]d=t2.6 -	d2 - 13,2 - ,	-	, /0

где dx - средний диаметр частиц фракции, доля которой в об­

щей массе IIЬШИ составляет 3%, а средний диаметр получен как средне арифметическое из диаметров 13,2 и 12 мкм. Из этой фрак­ ции будет уловлено 2,73% от общей массы пыли. Продолжая такой расчет для следующих фракций, получим суммарный эффе1<1' (см. табл. 2), равный 11,84%. Доля всех частиц, размер которых npeвы­ шает 13,2 МI\М. составляет 67% (см. рис. 3). Поэтому из IIыJlи.. по­

ступающей в ЦИIOIон вместе с газом, полностью выпадает в послед­

нем 78,84%.

Оценим степень улавливания пыли UИl<лоном, восполъзовав-

19

www.mitht.ru/e-library

шись экспериментальными данными. Характеристика подлежащей

улавливзюпо ПЬL'IИ представлеиа в табл. 1 и инreрnpeтиpoваиа иа

рис.3 в координатах «A-d»

Таблица 2

Расчет доли пыли, выпавшей в циклоне, из

фракций, размеры которых меньше предельного

	Доля
	фрак-	Средний диаметр частиц		Эффектив-	Доля фраIЩИИ в
	ЦИИВ			иостьулав-	общей массе ПbI-
	общей	фракции, мкм		ливания	ли, Уловлениая
	массе	dx		фракции,
					ЦИI\Лоиом, %
	пыли,			(cix/di
	%
	3	67-70:«13.2+) 2)/2)=12.6		0,911	2,73
	5	70-75:«12+10)/2)=11.0		0,694	3,47
	5	75-80:(10+8.3)/2)=9.15		0,481	2,40
	5	80-85:«8.3+6.7}/2)=7.49		0,322	1,61
	5	85-90:«6.68+5)/2)=5.84		0,196	0,979
	5	90-		0,101	0,505
		95:«3.39+2.68)/2)=4.20
	2	95-		0,052	0,104
		97:«3.39+2.63)/2)=3.01
	2	97-99:«	)=1,95	0,0217	0,0434

Общая степень улавливания ПЬL'IИ в ЦИI\Лоие равна:

67 + 11,84 = 78,84%

Для определения cr - показателя дисперсности пыли по линии

рис. 3, определяем dso и ds41. Эrо, соответсгвеино, 21 мкм и 7.1 МКМ.

Тогда cr = dso / d84.1 = 21/7,1 = 2,96.

Далее по формулам табл. 3 рассчитаем размер частиц., 50% ко­

торых MOryr бьпъ улоБленыI в выбранном ЦИI\Лоне при заданиых ус­

.iIовиях задачи

(ВЯЗКОСТЬ газа принимаем, равной вязкости воздуха при

t = 200 ОС; J.I. = 0,025 сПз: i\p = 45,6 мм вод. СТ.

у = (0,477logO,8)'5,75 + 0,9 = 4,2 J.I. = 2,5'10·6 кгс/м2

Z = 4,2'1,022 + 0,524 = 4,82

20

www.mitht.ru/e-library

р = 1500 кг/м3

1= (4,82 - 2,12)·1,042 = 2,8

1_ 2,8-1,3

d'1=50 =1О 11,8 =8, 23 мкм

Orложив d.,-so = 8,23 мкм на оси абсцисс номограммы (рис.2).

проводим вертикаль ДО пересечения с наКЛОННОЙ лmmей dso = 21

мкм. Через полученную точку проводим roризонталъ до пересеченп

с ординатой.

,~-

~'

~

~§

~

" 10

i~/f9

1. ~ Ro

~!f

~~ ,!о

~i *"

J~ $о

!!ОО

',: -it1

~8с

~8f'

\J

~~()

~96"

~1;) 91

~.18

!J9r---~--~~~~~~~~__~__~__~

~!. R	J -9 s & ? 8!} 10 n.	'.~ J() '*'
	PO~l'1ep '(ОСТЦЦ, нкн, ~CI

Рис.3 Изображение результатов анализа дисперсного состава в

логарифмической нормальной шкале

21

www.mitht.ru/e-library