Циклондық бөліну - Cyclonic separation - Wikipedia

Циклондық сепараторлар үстемдігі бар жартылай бұзылған зауыт

Циклондық бөліну жою әдісі болып табылады бөлшектер пайдаланбай, ауадан, газдан немесе сұйық ағыннан сүзгілер, арқылы құйын бөлу. Сұйықтан бөлшектерді алып тастағанда, а гидроциклон қолданылады; ал газдан циклон қолданылады. Айналмалы әсерлері және ауырлық қатты және сұйықтық қоспаларын бөлу үшін қолданылады. Сондай-ақ әдісті сұйықтықтың майда тамшыларын газ тәрізді ағыннан бөліп алуға болады.

Айналмалы (ауа) жоғары жылдамдықты ағын цилиндрлік немесе ішінде орнатылады конустық циклон деп аталатын контейнер. Ауа а спираль циклонның жоғарғы жағынан (кең ұшынан) бастап циклонның центрі арқылы түзу ағынмен циклоннан шыққанға дейін және төменгі жағынан (тар) ұшынан басталады. Айналмалы ағындағы үлкен (тығыз) бөлшектер ағынның тығыз қисығын қадағалау үшін тым көп инерцияға ие болады және осылайша сыртқы қабырғаға соғылады, содан кейін оларды алып тастауға болатын циклонның түбіне түседі. Конустық жүйеде айналмалы ағын циклонның тар ұшына қарай жылжыған кезде ағынның айналу радиусы азаяды, осылайша кішірек және кіші бөлшектер бөлінеді. Циклон геометриясы, бірге ағынның көлемдік жылдамдығы, анықтайды кесу нүктесі циклонның Бұл ағыннан 50% тиімділікпен жойылатын бөлшектердің мөлшері. Кесу нүктесінен үлкен бөлшектер үлкен тиімділікпен, ал кішігірім бөлшектер жойылады, өйткені олар қиынырақ бөлінеді немесе ауа құйыны шығысқа қарай жылжу бағытын өзгерткен кезде қайта тартылуға ұшырауы мүмкін.^[1]

Стандартты тік күйдегі аэродин циклонының ауа ағынының сызбасы Қабырғалардың тозуын азайту үшін қайталама ауа ағыны енгізіледі.

Көлденең күйдегі аэродиналық циклон үшін ауа ағынының схемасы, балама дизайн. Қабырғалардың тозуын азайту үшін және жиналған бөлшектерді алу үшін бункерге жылжыту үшін қайталама ауа ағыны айдалады.

Циклонның альтернативті дизайны жиналған бөлшектерді қабырғаға соғып алмау үшін, оларды тозудан сақтау үшін циклон ішіндегі екінші реттік ауа ағынын қолданады. Құрамында бөлшектері бар алғашқы ауа ағыны циклон түбінен еніп, стационарлы айналдырғыш қалақшалармен спиральды айналдыруға мәжбүр болады. Екінші реттік ауа ағыны циклонның жоғарғы жағынан еніп, төменгі жаққа қарай төмен қарай жылжып, бастапқы ауадан бөлшектерді ұстап қалады. Екінші реттік ауа ағыны коллекторды ерікті түрде көлденең орнатуға мүмкіндік береді, өйткені ол бөлшектерді жинау аймағына қарай итереді және бұл функцияны орындау үшін тек ауырлық күшіне сүйенбейді.

Ауқымды циклондар қолданылады ағаш кесетін зауыттар жою үшін үгінділер алынған ауадан. Сонымен қатар циклондар қолданылады мұнай өңдеу зауыттары майлар мен газдарды бөлуге және цемент компоненттері ретінде өнеркәсіп пеш алдын ала қыздырғыштар. Циклондар үй шаруашылығында көбірек қолданыла бастады, бұл портативті пакеттерсіз негізгі технология ретінде шаңсорғыштар және орталық шаңсорғыштар. Циклондар өндірістік және кәсіптік салаларда да қолданылады ас үйді желдету сорғыштағы сорғыштағы майды бөлуге арналған.^[2] Талдау үшін ауадағы бөлшектерді бөлу үшін кіші циклондар қолданылады. Кейбіреулері киімге киюге болатындай кішкентай, әрі кейіннен талдау үшін тыныс алатын бөлшектерді бөлуге арналған.

Ұқсас сепараторлар мұнай өңдеу өнеркәсіп (мысалы Сұйықтықтың каталитикалық крекингі ) катализатор бөлшектерінің әрекеттесуші газдар мен булардан жылдам бөлінуіне қол жеткізу.^[3]

Сұйықтардан бөлшектерді немесе қатты заттарды бөлуге арналған аналогты құрылғылар гидроциклондар немесе гидроклондар деп аталады. Бұлар қатты қалдықтарды судан бөлуге арналған ағынды сулар және ағынды суларды тазарту.

Циклон теориясы

Циклон негізінен екі фазалы бөлшектер-сұйықтық жүйесі болғандықтан, сұйықтық механикасы және бөлшектерді тасымалдау теңдеулерін циклонның әрекетін сипаттау үшін пайдалануға болады. Циклондағы ауа бастапқыда тангенциалды түрде циклонға кіріс жылдамдығымен енгізіледі ${ displaystyle V_ {in}}$ . Бөлшек сфералық деп есептей отырып, бөлшектердің сыни бөлінуін өлшеу үшін қарапайым анализ құруға болады.

Циклонның жоғарғы цилиндрлік компонентінде айналатын оқшауланған бөлшектерді айналу радиусында қарастырады ${ displaystyle r}$ циклонның орталық осінен бөлшек соған ұшырайды сүйреу, центрифугалық, және көтергіш күштер. Сұйықтықтың жылдамдығы спиральда қозғалатындығын ескере отырып, газдың жылдамдығын екі компоненттік жылдамдыққа бөлуге болады: тангенциалды компонент, ${ displaystyle V_ {t}}$ және жылдамдықтың сыртқы радиалды компоненті ${ displaystyle V_ {r}}$ . Болжалды Стокс заңы, кіру ағынындағы кез-келген бөлшектің сыртқы жылдамдығына қарсы тұратын радиалды бағыттағы қозғаушы күш:

{ displaystyle F_ {d} = - 6 pi r_ {p} mu V_ {r}.}

Қолдану ${ displaystyle rho _ {p}}$ бөлшектің тығыздығы ретінде сыртқы радиалды бағыттағы центрифугалық компонент:

{ displaystyle F_ {c} = m { frac {V_ {t} ^ {2}} {r}}}

{ displaystyle = { frac {4} {3}} pi rho _ {p} r_ {p} ^ {3} { frac {V_ {t} ^ {2}} {r}}.}

Күшті көтергіш компонент ішкі радиалды бағытта болады. Ол бөлшектің центрифугалық күшіне қарсы бағытта болады, өйткені ол қоршаған сұйықтықпен салыстырғанда жетіспейтін сұйықтық көлемінде болады. Қолдану ${ displaystyle rho _ {f}}$ сұйықтықтың тығыздығы үшін көтергіш күш:

{ displaystyle F_ {b} = - V_ {p} rho _ {f} { frac {V_ {t} ^ {2}} {r}}}

{ displaystyle = - { frac {4 pi r_ {p} ^ {3}} {3}} { frac {V_ {t} ^ {2}} {r}} rho _ {f}.}

Бұл жағдайда, ${ displaystyle V_ {p}}$ бөлшектің көлеміне тең (жылдамдыққа қарағанда). Әр бөлшектің сыртқы радиалды қозғалысын анықтау Ньютонның екінші қозғалыс заңын осы күштердің қосындысына теңестіру арқылы анықталады:

{ displaystyle m { frac {dV_ {r}} {dt}} = F_ {d} + F_ {c} + F_ {b}}

Мұны жеңілдету үшін қарастырылып отырған бөлшек «жылдамдықтың жылдамдығына» жетті, яғни оның үдеуі. ${ displaystyle { frac {dV_ {r}} {dt}}}$ нөлге тең. Бұл радиалды жылдамдық центрден тепкіш және көтергіш күштерге қарсы тұру үшін жеткілікті тарту күшін тудырған кезде пайда болады. Бұл оңайлату біздің теңдеуімізді өзгертеді:

${ displaystyle F_ {d} + F_ {c} + F_ {b} = 0}$

Қандай кеңейеді:

{ displaystyle -6 pi r_ {p} mu V_ {r} + { frac {4} {3}} pi r_ {p} ^ {3} { frac {V_ {t} ^ {2} } {r}} rho _ {p} - { frac {4} {3}} pi r_ {p} ^ {3} { frac {V_ {t} ^ {2}} {r}} rho _ {f} = 0}

Шешу ${ displaystyle V_ {r}}$ Бізде бар

{ displaystyle V_ {r} = { frac {2} {9}} { frac {r_ {p} ^ {2}} { mu}} { frac {V_ {t} ^ {2}} { r}} ( rho _ {p} - rho _ {f})}

.

Егер сұйықтық тығыздығы бөлшектің тығыздығынан көп болса, айналу центріне қарай қозғалыс (-), ал егер бөлшек сұйықтықтан тығыз болса, қозғалыс (+), центрден алшақ болатынына назар аударыңыз. . Көп жағдайда бұл шешім сепараторды жобалау кезінде нұсқаулық ретінде пайдаланылады, ал нақты өнімділік эмпирикалық түрде бағаланады және өзгертіледі.

Тепе-теңдік емес жағдайда радиалды үдеу нөлге тең болмаса, жоғарыдан алынған жалпы теңдеуді шешу керек. Біз алған терминдерді қайта құру

{ displaystyle { frac {dV_ {r}} {dt}} + { frac {9} {2}} { frac { mu} { rho _ {p} r_ {p} ^ {2}} } V_ {r} - солға (1 - { frac { rho _ {f}} { rho _ {p}}} оңға) { frac {V_ {t} ^ {2}} {r} } = 0}

Бастап ${ displaystyle V_ {r}}$ бұл уақыттағы қашықтық, бұл форманың екінші ретті дифференциалдық теңдеуі ${ displaystyle x '' + c_ {1} x '+ c_ {2} = 0}$ .

Тәжірибе жүзінде айналу ағынының жылдамдық компоненті пропорционалды екендігі анықталды ${ displaystyle r ^ {2}}$ ,^[4] сондықтан:

{ displaystyle V_ {t} propto r ^ {2}.}

Демек, берілген жылдамдық циклон ішіндегі құйынды жылдамдықты басқарады, сондықтан ерікті радиуста жылдамдық:

{ displaystyle U_ {r} = U_ {in} { frac {r} {R_ {in}}}.}

Кейіннен үшін мән беріледі ${ displaystyle V_ {t}}$ , мүмкін, бүрку бұрышына және радиусқа байланысты бөлшектердің сүзілу радиусын сипаттауға болады, оның үстінен газ ағынынан бөлшектер алынады.

Баламалы модельдер

Жоғарыда келтірілген теңдеулер көп жағдайда шектеулі. Мысалы, сепаратордың геометриясы қарастырылмайды, бөлшектер тұрақты күйге жетеді және циклон негізіндегі құйынды инверсияның әсері де ескерілмейді, циклонға жету екіталай болатын барлық әрекеттер нақты жұмыс жағдайлары.

Толық модельдер бар, өйткені көптеген авторлар циклон сепараторларының әрекетін зерттеді.^[5] циклонды жылдам есептеуге мүмкіндік беретін жеңілдетілген модельдер, кейбір шектеулері бар, технологиялық өндірістерде кең таралған қолдану үшін.^[6] Сандық модельдеу сұйықтықты есептеу динамикасы циклондық мінез-құлықты зерттеуде де кеңінен қолданылды.^[7]^[8]^[9] Циклонды сепараторлар үшін сұйықтық механикасының кез-келген моделінің негізгі шектеуі - болжамды болжау мүмкін емес агломерация циклон жинау тиімділігіне үлкен әсер ететін ірі бөлшектері бар ұсақ бөлшектерден тұрады.^[10]

Сондай-ақ қараңыз

Ескертулер

^ «Қатты газды бөлу әдістері - Өнеркәсіптік шаң жинағыштар - циклон - скрубберлер - сүзу - PowderProcess.net».
^ Джевен Ой. «Циклондық май бөлгіштер қалай жұмыс істейді». Архивтелген түпнұсқа 2017-04-21. Алынған 2015-10-07.
^ Мартин Хуард, Седрик Бриенс, Франко Беррути, Тьерри Готье, 2010, «Газды қатты күйінде бөлудің жылдам әдістеріне шолу», IJCRE, 8, R1.
^ Родос М. (1998). Бөлшектер технологиясына кіріспе. Джон Вили және ұлдары. ISBN 978-0-471-98483-2.
^ Смит, кіші Дж. (1959). Кандидаттық диссертация: Циклон бөлгіштегі құйынды эксперименттік-аналитикалық зерттеу.
^ https://powderprocess.net/Equipments^{[тұрақты өлі сілтеме ]} html / Cyclone_Design.html
^ Мартиньони, В.П .; Бернардо, С .; Quintani, C. L. (2007). «Циклон геометриясын және оның өнімділік параметрлеріне әсерін есептеу сұйықтығының динамикасы (CFD) бойынша бағалау». Бразилия химиялық инженериясы журналы. 24: 83–94. дои:10.1590 / S0104-66322007000100008.
^ Кандидаттық диссертация: Циклон сепараторларын имитациялау үшін үлкен құйынды модельдеудің әлеуеті туралы (PDF). Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2007-07-09. Алынған 2009-06-20.
^ Кандидаттық диссертация: Ауқымды айналмалы сепаратордағы тамшылардың коллекциясы (PDF).^{[тұрақты өлі сілтеме ]}
^ Бенони, К.Л. Бриенс, Т.Барон, Э.Дюшен және Т.М. Ноултон, 1994, «Сұйық қабаттағы бөлшектердің агломерациясын анықтау процедурасы және оның сіңіруге әсері», Powder Technology, 78, 33-42.

Әдебиеттер тізімі

[1] «Қатты газды бөлу әдістері - Өнеркәсіптік шаң жинағыштар - циклон - скрубберлер - сүзу - PowderProcess.net».

[2] Джевен Ой. «Циклондық май бөлгіштер қалай жұмыс істейді». Архивтелген түпнұсқа 2017-04-21. Алынған 2015-10-07.

[3] Мартин Хуард, Седрик Бриенс, Франко Беррути, Тьерри Готье, 2010, «Газды қатты күйінде бөлудің жылдам әдістеріне шолу», IJCRE, 8, R1.

[Rhodes-4] Родос М. (1998). Бөлшектер технологиясына кіріспе. Джон Вили және ұлдары. ISBN 978-0-471-98483-2.

[5] Смит, кіші Дж. (1959). Кандидаттық диссертация: Циклон бөлгіштегі құйынды эксперименттік-аналитикалық зерттеу.

[6] ttps://powderprocess.net/Equipments^{[тұрақты өлі сілтеме ]} html / Cyclone_Design.html

[7] Мартиньони, В.П .; Бернардо, С .; Quintani, C. L. (2007). «Циклон геометриясын және оның өнімділік параметрлеріне әсерін есептеу сұйықтығының динамикасы (CFD) бойынша бағалау». Бразилия химиялық инженериясы журналы. 24: 83–94. дои:10.1590 / S0104-66322007000100008.

[8] Кандидаттық диссертация: Циклон сепараторларын имитациялау үшін үлкен құйынды модельдеудің әлеуеті туралы (PDF). Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2007-07-09. Алынған 2009-06-20.

[9] Кандидаттық диссертация: Ауқымды айналмалы сепаратордағы тамшылардың коллекциясы (PDF).^{[тұрақты өлі сілтеме ]}

[10] Бенони, К.Л. Бриенс, Т.Барон, Э.Дюшен және Т.М. Ноултон, 1994, «Сұйық қабаттағы бөлшектердің агломерациясын анықтау процедурасы және оның сіңіруге әсері», Powder Technology, 78, 33-42.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]