1.9. Циклонний процес.

Циклони використовуються переважно для розділення пилу, суспензій (гідроциклони).

Суть циклонного процесу полягає в тому, що потік, що несе завислі частинки, вводять в апарат тангенціальне через вхідну трубу (Рис. 1.9.1) з розрахованою швидкістю 18-20 м/с для газів \5-25 м/с для рідин. Завдяки тангенціальному вводу і наявності центральної вивідної труби потік починає обертатись навколо останньої, здійснюючи при проходженні через апарат декілька обертів. Під дією виникаючої центр обіжної сили завислі частинки відкидаються до периферії, осаджуються на внутрішній поверхні корпуса 1, а потім опускаються в конічне днище 2 і видаляються з апарату через патрубок. Звільнений від завислих частинок потік виводиться з циклону через вивідну трубу.

1 - корпус

2 - конічне днище І - запилений газ

II -очищений газ

III – пил

Рис. 1.9.1. Схема будови циклону.

Розрахунок циклонів

Безперервно діючу апаратуру для центробіжного осадження розраховують звичайно по

загальному рівнянню продуктивності:

(1.9.1)

V_P=V_ГОД_/3600 ,

де V - робочий об'єм апарату,V_ГОД - годинна продуктивність апарату, м³/год;

₀-тривалістьосадження, с.

Робочий об'єм апарата (циклона)

V_P=(r₂²-r₁²)H (1.9.2)

де r₁ і r₂ - відповідно внутрішній і зовнішній радіуси обертання потоку, м;

Н - висота робочої частини апарату, м.

Визначивши із співвідношення (1.8.5) або (1.8.11), час осадження ₀, знаходять:

-продуктивність апарату

V_год=3600r₂²-r₁² , (1.9.3)

(1.9.4)

-висоту робочої частини апарату

П ри цьому задаються коловою швидкістю і радіусами обертання потоку.

Висновки:

Осадження під дією центробіжної сили значно ефективніше відстоювання під дією сили тяжіння. Але і при цьому процесі в багатьох випадках не досягається чітке розділення неоднорідних сумішей. Більш високу ступінь розділення забезпечують процеси осадження під дією електричного поля або фільтрування.

1.10. Осадження під дією електричного поля

Дія електричного поля на заряджену частинку визначається в значній мірі величиною її електричного заряду. При електроосадженні частинкам невеликих розмірів удається надати значний електричний заряд і завдяки цьому здійснити процес осадження дуже малих частинок, котрий неможливо провести під дією сили тяжіння або центр обіжної сили.

Фізична суть електроосадження складається в наступному. Газовий потік, що містить завислі частинки, попередньо іонізують. Завислі в газі частинки набувають при цьому електричного заряду. При проходженні іонізованого потоку газу в електричному полі між двома електродами заряджені частинки під дією електричного поля переміщуються до протилежно заряджених електродів і осаджуються на них.

Іонізація газу здійснюється двома шляхами:

1) самостійно, при достатньо високій різниці потенціалів на електродах;

2) не самостійно - в результаті дії випромінювання радіоактивних речовин, ренгенівских променів і т.д.

В промисловості електроосадження завислих частинок проводиться наступним чином. Газовий потік напрямляється всередину трубчатих (або між пластинчатими) позитивних електродів, котрі заземляються. Всередині трубчастих електродів (Рис. 1.10.1,а) або між пластинчастими електродами(Рис. 1.10.1,6) натягують дротики, які виступають у ролі катодів.

Якщо з'єднати електроди з джерелом постійного струму, що створює на електродах різницю потенціалів 4-6 кВ/см, і забезпечити густину струму 0.05 - 0.5 мА/м довжини катода, то запилений газ при пропусканні його між електродами майже повністю звільняється від завислих частинок.

Рис. 1.10.1. Трубчаті (а) і пластинчаті (б) електроди.

В процесах електроосадження проходять наступні електричні явища. Внаслідок високої різниці потенціалів на електродах і неоднорідності електричного поля в шарі газу біля катода утворюється однорідний потік електронів, напрямлений до аноду. В цьому шарі внаслідок зіткнень електронів з нейтральними молекулами газ іонізується. Зовнішньою ознакою іонізації є свічіння слою газу або утворення "корони" при катоді.

При іонізації утворюються як позитивні так і від'ємні іони; позитивні іони залишаються поряд "корони", а від'ємні направляються з великою швидкістю до аноду, зустрічаючи і заряджуючи на своєму шляху завислі в газі частинки.

Завислі частинки, що отримали від'ємний заряд під дією електричного поля перемішуються до аноду. Швидкість руху завислих частинок, що отримали заряд, мала; вона залежить від розмірів частинок і гідравлічного опору газового середовища.

Звичайно швидкості електроосадження коливаються в межах від декількох сантиметрів до декількох десятків сантиметрів в секунду.

Надійних методів визначення швидкості осадження під дією електричного поля не знайдено, тому вона може бути визначена лише приблизно.

Електричне поле діє на заряджену частинку з силою

F= п-е_o Ех, (1.10.1)

де Е_X - градієнт потенціалу електричного поля на відстані х від осі коронуюючого електрода, кВ/см; n - число зарядів, отриманих частинкою; е₀ - величина елементарного заряду.

Г

(1.10.2)

радієнт потенціалу може бути знайдений зі співвідношення:

д е E_x - критичний градієнт потенціалу, кВ/см;

х - відстань до осі коронуючого електрода, см;

і₀ - густина струму коронуючого електрода, мА/м;

и - рухливість іонів, см/с;

r- радіус коронуючого електрода, см.

(1.10.3)

Критичний градієнт напруги

де  - відношення густини повітря при даних умовах до його густини при 25 °С і тиску 10⁵Па.

Частинки, що осаджуються під дією електричного поля, рухаються з малою швидкістю, тому при визначенні швидкості осадження частинки можна прийняти ламінарний режим руху.

Ш

(1.10.4)

видкість осадження сферичної частинки під дією сили тяжіння в газовому середовищі при ламінарному русі визначається з співвідношення:

Н

(1.10.5)

ехтуючи величиною р_T так як вона мала порівняно з р_Г представимо це співвідношення в наступному виді:

П ерша дріб в правій частині співвідношення (1.10.5) виражає силу тяжіння ,що діє на кулеподібну частинку:

G=d^3_Tg/6

П

(1.10.6)

ри визначенні швидкості осадження частинки під дією електричного поля силу тяжінні потрібно замінити силою, з котрою на заряджену частинку діє електричне поле Скориставшись при такій заміні співвідношенням (1.10.1), отримаємо вираз для отриманню швидкості осадження кулеподібної частинки в електричному полі:

Ш

(1.10.7)

видкість осадження частинки може бути виражена також рівнянням (1.10.7) відповідно, час осадження частинки може бути знайдений за рівнянням (1.10.8)

(1.10.8)

де г- радіус коронуючого електрода;

R- відстань від осі коронуючого електрода до поверхні осаджувального електрода.

Час осадження частинки визначають рішенням рівняння (1.10.8) методом графічного інтегрування.