Глава 3

Гидромеханические методы разделения гидродинамика взвешенного слоя. Перемешивание в жидкой среде

Основные зависимости и расчетные формулы

Осаждение

Осаждение под действием силы тяжести (пылевые камеры-, отстойники) .

1. Для описания в критериальной форме процесса осаждения шарообразной частицы в неподвижной неограниченной среде мо­гут быть применены критерии подобия: Архимеда Аг, Лященко Ly и Рейнольдса Re.

Наиболее удобной формой критериальной зависимости является Ly = f (Ar).

(3.1)

2. При так называемом ламинарном режиме осаждения, когда критерии имеют значения Аг < 3,6; Ly<2 10 ; Re < 0,2, Стоксом теоретически получена следующая формула для скорости осаждения (в м/с) шарообразной частице*:

(3.2)

Для осаждения частицы в газовой среде формула (3.1) упрощается

так как в этом случае величиной р можно пренебречь по срав­нению с р.

В формулах (3.1) и (3.2): d — диаметр шарообразной частицы, м; р —плотность частицы, кг/м³; р_с — плотность среды, кг/м³; — динамический коэффициент вязкости среды, Па-с, т.е. Н·с/м², или кг/(мּс).

3. Определение скорости осаждения шарообразной одиночной частицы в неподвижной неограниченной среде по обобщенному методу, пригодному при любом режиме осаждения, осуществляют следующим образом.

(3.3)

Определяют критерий Архимеда:

где Ga=Re²/Fr — критерий Галилея. Для осаждения в газовой среде:

По найденному значению критерия Аг определяют критерий Re -или критерий Ly (рис. 3.1):

(3.4) или (если среда — газ)

(3.4а)

Далее вычисляют скорость осаждения:

(3.5)

или

(3.5а)

Для частицы неправильной формы скорость осаждения опре­деляют тем же путем из критерия Лященко, но с подстановкой в критерий Архимеда вместо d величины d .

Эквивалентный диаметр d частицы неправильной формы вы­числяют как диаметр условного шара, объем которого V равен объему тела неправильной формы:

(3.6)

где М — масса частицы, кг.

4. Диаметр осаждающейся шарообразной частицы при извест­ной скорости осаждения находят обратным путем, т. е. вычисляют сначала критерий Лященко

и по найденному значению Ly определяют критерий Аг (рис. 3.1); из последнего по формуле (3.3) вычисляют диаметр шарообраз­ной частицы.

5. Эквивалентный диаметр частицы твердого тела неправильной формы при известной скорости осаждения определяют таким

(3.7)

же путем. Сначала определяют критерий Ly по формуле (3.4), затем находят значение критерия Аг из рис. 3.1 для частицы соот­ветствующей формы и вычисляют ее эквивалентный диаметр;

6. Площадь осаждения F_oc (в м²) пылеосадительной камеры или отстойника для суспензий (взвесей) определяется по фор­муле:

(3.8)

где V —объемный расход газа (жидкости), проходящего через аппарат параллельно поверхности осаждения, м³/с; w' —средняя расчетная скорость осаждения частиц, м/с.

Отношение средней расчетной ско­рости стесненного осаждения частиц к скорости осаждения одиночной частицы зависит от объемной кон­центрации суспензии.

Рис- 3.2. Отстойник непрерывного дей­ствия.

При ориентировочных расчетах, учитывая приближенно отличие реальных условий осаждения от теоретических (стесненность осажде­ния, форма частиц, движение среды), среднюю расчетную скорость осаждения часто принимают равной половине теоретической скорости осаждения одиночной шарообразной частицы:

(3.10)

7. В применении к отстойнику непрерывного действия для отстаивания суспензий (рис. 3.2) формула (3.8) принимает вид:

(3.9)

где F — площадь осаждения отстойника, м²;G — массовый расход начальной (разбавленной) суспензии, кг/с; с — массовая концентрация твердой фазы в начальной суспензии, кг/кг; с — массовая концентрация твердой фазы в сгущенной суспензии (шламе), кг/кг; р_с — плотность осветленной жидкости, кг/м³; v — объемный расход жидкой фазы, содержащейся в начальной суспензии, м /с; х и х —концентрации начальной суспензии и шлама,

кг твердой фазы

кг жидкой фазы

Осаждение под действием центробежной силы - циклоны

8. Основные размеры циклона (рис. 3.3) определяются обычно в зависимости от его диаметра D. Для распространенных циклонов НИИОГАЗ (Научно-исследовательский институт по промышлен­ной и санитарной очистке газа) эти размеры (в долях D) приве­дены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Тип циклопа
Характеристика циклона	ЦН-24	ЦН-15	цн-11
Диаметр выходной трубы D{ .....	0,6	0,6	0,6
Ширина входного патрубка 6 .....	0,26	0,26	0,26
Высота входного патрубка Л] .....	1,11	0,66	0,48
Высота выходной трубы Л2 ......	2,11	1,74	1,56
Высота цилиндрической части Л3 ... Высота конической части h^ .....	2,11 1,75	2,26 2,0	2,03 2,0
Общая высота циклона Н ......	4,26	4,56	4,38
Коэффициент сопротивления	60	160	250

Отличительной особенностью циклонов НИИОГАЗ является наклонный патрубок для поступающего газа. Широко применяются три типа этих циклонов:

1) с углом 24 (ЦН-24); этот тип обеспечивает повышенную производительность при наименьшем гидравлическом сопротивле­нии; предназначен для улавливания крупной пыли;

2) с углом 15° (ЦН-15); этот тип обеспечивает хорошую сте­пень улавливания при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении;

3) с углом 11° (ЦН-11); этот тип обеспечивает повышенную эффективность и рекомендуется в качестве унифицированного пы­леуловителя.

9. Диаметр циклона D определяют по условной скорости газа , отнесенной к полному поперечному сечению цилиндрической части циклона:

(3.11) где V — объемный расход газа, проходящего через циклон, м³/с.

Скорость определяется по формуле (3.12). При этом пред­варительно задаются отношением р/р (см. пример 3.10). По дан­ным [3.2] значения принимают равными 2,5—4 м/с.

10. Гидравлическое сопротивление р (в Па) циклона рассчи­тывают по уравнению:

(3.12)

где ₀ — коэффициент сопротивления циклона, безразмерный; р — плотность газа, проходящего через циклон, кг/м³.

11. Степень улавливания пыли в циклоне зависит, помимо свойств пыли, от диаметра циклона, а также от скорости газа т. е. от отношения р/р в соответствии с формулой (3.12).

На рис. 3.4 показана зависимость степени улавливания от диаметра циклона D при различных диаметрах частиц пыли d. График составлен для пыли с плотностью 2300 кг/м³ при р/р = 740 м²/с².