4.2.2. Расчет циклонов

При проектировании циклона выбирают его геометрию, затем определяют размер, фракционную эффективность, перепад давления и потребную для каждого циклона мощность. Эти расчеты основываются на заданных скорости потока газа, составе, температуре, давлении, концентрации пыли, а также на данных о дисперсном составе пыли. Эти данные необходимы, чтобы сформулировать требования к устройству для вторичного улавливания пыли, если таковое предполагается использовать.

Циклоны обычно выбирают из числа серийных, исходя из производительности по газовому потоку. В дальнейшем проводят расчет критического (минимального) диаметра частиц , полностью улавливаемых аппаратом, эффективности улавливания пыли  и гидравлического сопротивления циклона .

Критический размер частиц может быть найден, к примеру, по следующей зависимости:

, (4.22)

где - объемный расход газа, м³/с; - скорость газа на входе в циклон, м/с; - характерные размеры циклона, показанные на рис. 4.11.

Объем циклона рассчитывают по зависимости на основе геометрических параметров, приведенных на рис. 4.10:

. (4.23)

Эффективность улавливания можно рассчитывать по зависимости:

. (4.24)

Величину с в зависимости (4.123) рассчитывают по уравнению:

, (4.25)

где

; (4.26)

. (4.27)

Величина в уравнении (4.123) есть не что иное, как модифицированный инерционный параметр, характеризующий состояние пылегазовой смеси:

. (4.28)

Значение п может быть найдено по формуле

, (4.29)

где - абсолютная температура газов, К.

Гидравлическое сопротивление циклонов можно рассчитать по общепринятой для однофазных потоков формуле:

, (4.30)

где - скорость газа в свободном сечении циклона; - коэффициент сопротивления циклона, рассчитанный по скорости и зависящий от состояния поверхности аппарата, концентрации и свойств частиц, поэтому определяется для каждой конструкции по справочникам.

В циклонных аппаратах формируются сложные потоки, аэродинамические параметры которых (скорости, давления, концентрации частиц загрязнителей и их фракционный состав) непрерывно меняются. Методы теоретического определения коэффициентов очистки из-за значительного расхождения результатов с опытом неприменимы для практического использования. Из эмпирических методов наиболее надежны расчеты по парциальным коэффициентам очистки, найденным экспериментально.

Как показывает опыт, величины парциальных коэффициентов осаждения для многих типов циклонов вполне удовлетворительно аппроксимируются прямой линией в вероятностно-логарифмической системе координат. Это позволяет использовать функции нормального распределения при подсчете полного коэффициента осаждения.

Циклоны выбирают по расчетной производительности аппарата и расчетной скорости газа (воздуха) при входе в циклон с обеспечением необходимой эффективности очистки при минимальных энергетических затратах (т.е. при минимальном гидравлическом сопротивлении).

Общее гидравлическое сопротивление циклона равно

P_ц = _вх^.v_вх^2./2, (4.31)

где _вх – коэффициент гидравлического сопротивления циклона; v_вх – скорость потока во входном патрубке, м/с.

Общее гидравлическое сопротивление циклона определяют также по условной скорости газа (воздуха) в циклоне v₀, отнесенной к площади свободного сечения цилиндрической части циклона

P_ц = ₀^.v₀^2./2, (4.32)

где ₀ - коэффициент гидравлического сопротивления циклона, отнесенный к скорости в полном сечении циклона; v₀ – находится обычно в пределах 3…3,5 м/с.

Для большинства циклонных аппаратов коэффициент  постоянен и не зависит от числа Re.