Расчет циклона
Наибольшее распространение для очистки газов в промышленности получили циклоны (рисунок 3.1). Это обусловлено относительно простой их конструкцией, малым гидравлическим сопротивлением, малыми габаритными размерами и относительно высокой эффективностью. Выделение пыли в циклонах происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата.
Рисунок 3.1- Циклон
Несмотря на большое многообразие конструкций циклонов, его классический вариант содержит следующие составные части: цилиндрическую обечайку 3 с крышкой 5 и тангенциальным патрубком для ввода запыленного газа 4; конус 2 с патрубком для отвода пыли; центральную трубу 7 с патрубком 6 для отвода очищенного газа; пылесборник 1. Размеры и геометрические формы указанных элементов у разных циклонов могут быть различными, кроме того, некоторые из них содержат дополнительные конструктивные элементы, например, улитки, звездочки, розетки и другие устройства для подкрутки газа.
Запыленный газ поступает в циклон по тангенциально расположенному патрубку 4, в результате чего он приобретает вращательное движение. Совершив 2-3 оборота в кольцевом зазоре между корпусом и центральной трубой, газ винтообразно опускается вниз, причем в конусной части аппарата вследствие уменьшения диаметра скорость вращения потока увеличивается. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона, благодаря чему основная масса пылевых частиц сосредоточивается в потоке газ, движущегося в непосредственной близости от стенок аппарата. Этот поток направляется в нижнюю часть конуса 2, частицы пыли при этом попадают в пылесборник 1, а газ, совершив крутой поворот, по центральной трубе 7 выводится из аппарата. Таким образом, в циклоне протекают сложные аэродинамические процессы, от совершенства которых зависит эффективность работы этих аппаратов.
Энергетические потери в циклоне характеризует коэффициент гидравлического сопротивления 
, представляющий отношение полных потерь давления в циклоне Рц к динамическому давлению Рд в каком-либо его сечении (во входном патрубке или в поперечном сечении корпуса):
, (3.1)
Величина коэффициента зависит от формы циклона.
Фракционный коэффициент очистки циклонов НИИОГАЗ ЦН-15-800, %, определяют по формуле:
, (3.2)
где 
- функция логарифмически-вероятностного распределения определяемая в зависимости от величины 
.
Величину вычисляют по формуле:
, (3.3)
где d/ - наибольший диаметр частиц фракции пыли, для которой определяют коэффициент очистки, = 10 мкм;
- диаметр частиц, которые в условном циклоне улавливаются на 50%, = 3,06 мкм;
-характеристика полидисперсности пыли (дисперсия) - безразмерная величина, = 0,3979;
Wц - скорость движения газов в плане корпуса циклона, = 4 м/с;
- плотность материала пыли, = 0,8 кг/м3;
- динамическая вязкость газа при заданной температуре, = 5 Па • с;
К - коэффициент, величина которого зависит от типа циклона, = 41,4.
Тогда 
,
а 
Общая эффективность пылеулавливания находится по формуле:
, (3.4)
где 
- табличное значение.
Величину 
находят по формуле:
, (3.5)
где d50 - медиана распределения - диаметр частиц, при котором суммарная масса всех частиц, имеющих размер меньше d50, составляет 50 % массы всей пыли; d16 - диаметр частиц улавливаемой пыли, при котором суммарная масса всех частиц с размером меньше dm составляет 16% массы всей пыли.
Гидравлическое сопротивление циклона, Па, определяют по формуле:
, (3.7)
где 
- плотность очищаемых газов при температуре t 0С, кг/м3; Wц - скорость движения воздуха на входе в циклон или в плане его корпуса, скорость в плане корпуса обычно принимают 2,5 . 4 м/с; - коэффициент гидравлического сопротивления циклона по отношению к сечению входа или к сечению в плане циклона.
Рц=7,6·42·0,54/2=32,83 Па
С увеличением концентрации пыли в газовом потоке коэффициент гидравлического сопротивления циклонов уменьшается.
Для снижения коэффициентов гидравлического сопротивления (на 10-13 %) на выхлопной трубе циклонов устанавливают диффузоры (улитки).
Увеличение диаметра циклона при постоянной тангенциальной скорости поступающего газа приводит к снижению центробежной силы и к уменьшению эффективности очистки. Поэтому увеличивать размеры промышленных циклонов выше определенных пределов нецелесообразно. К тому же одиночные циклоны даже больших размеров обладают сравнительно малой производительностью. В промышленности очистке подвергают отходящие газы, объем которых составляет десятки и сотни тысяч кубических метров в час. В этом случае для очистки газов создают групповые установки, состоящие из нескольких циклонов. Такие установки имеют общий коллектор для подачи запыленного и отвода очищенного газа, а также общий бункер для сбора пыли. Размещают групповые циклоны двухрядным способом по 2-8 шт. либо вокруг вертикального входного патрубка по окружности по 10-14 шт. Очищенный газ отводят через улитки, устанавливаемые на каждом циклоне и соединенные с общим коллектором, либо непосредственно через общий коллектор. Степень очистки в групповых циклонах принято считать равной степени очистки в одиночном циклоне, входящем в эту группу. На практике, однако, в групповых циклонах степень очистки ниже. Это связано с тем, что в одиночном циклоне вихревой поток, двигаясь по спирали сверху вниз, упирается в дно пылесборного бункера, после чего, сохраняя вращательное движение, круто меняет направление, двигаясь к центральной трубе. В групповых циклонах с общим бункером герметичность отдельного циклопа нарушается, вследствие чего меняется гидродинамика потока и степень очистки снижается. Ее можно несколько повысить, если, подвод запыленного газа к групповым циклонам осуществлять таким образом, что в общем бункере векторы скорости вращения газовых потоков для отдельных циклонов будут совпадать. Коэффициент сопротивления одиночного циклона, отнесенный к скорости газового потока в сечении корпуса для групповых установок, следует увеличивать при круговой компоновке на 60, при двухрядной- на 35, при двухрядном отводе очищенного газа через улитки - на 28.
Скачать реферат