Циклоны и гидроциклоны
Циклоны и гидроциклоны – аппараты разделения газовых и жидких неоднородных систем под действием центробежных сил при отсутствии вращающих конструкционных элементов.
Схема циклона показана на рис. 3.12.
рис. 3.12. Циклон:
1 – цилиндрический корпус; 2 – коническое днище;
3- разгрузочный бункер.
Циклон (и гидроциклон) состоит из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2. Очищаемая система поступает через боковой штуцер тангенциально со скоростью 20 – 30 м/с – в случае газа. Скорость должна иметь наибольшее, но рациональное значение. Благодаря тангенциальному вводу потока он приобретает вращательное движение вокруг трубы для вывода очищенной фазы, расположенной в цилиндрическом корпусе по оси аппарата. Твердые плотные частицы отбрасываются под действием центробежной силы к стенкам корпуса (в том числе конического днища 2).В аппарате создаются два спиральных потока:
1) внешний повышенного содержания твердых плотных частиц - движется вниз вдоль (по) поверхности стенок аппарата и 2) внутренний поток очищенной среды (воздуха, воды), который поднимается вверх, располагаясь вблизи оси аппарата и удаляется из него. В случае циклона очищенный газ удаляется через вертикальный верхний патрубок, как показано на рис. 3.11; в случае гидроциклона – через горизонтальный патрубок корпуса 1, расположенный с другой стороны относительно входного патрубка и выше его. При использовании гидроциклонов в нижней части разгрузочный бункер 3 отсутствует, влажный осадок (шлам) поступает в отводящий трубопровод присоединенный к нижней части аппарата. У циклонов цилиндрический корпус длиннее, чем у гидроциклонов, коническое днище, наоборот короче по сравнению с коническим днищем гидроциклонов. Диаметр патрубков подачи и отвода газовой фазы циклонов значительно больше, чем диаметр подающих и отводящих жидкость патрубков гидроциклонов, что обусловлено значениями плотностей газов (~ 1 кг/м3) и жидкостей (~ 103 кг/м3).
При больших расходах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов меньшего размера, объединенных в одном корпусе.
Такие аппараты называют батарейными циклонами (мультициклонами). Использование циклонных элементов приводит к уменьшению радиуса вращения газового потока в них, что улучшает эффект разделения (см. тему 1).
На рис. 3.13 показаны батарейный циклон и его элементы.
рис. 3.13. Батарейный циклон (а) и его элементы (б):
пояснения см. в тексте.
В общем корпусе циклона 1 расположены циклонные элементы 3, герметично закрепленные в трубных решетках 4. Запыленный газ через входной штуцер поступает в газораспределительную камеру 2, а из нее – в циклонные элементы, в кольцевое пространство между корпусом циклонного элемента 3 и патрубок для вывода очищенного газа. В этом пространстве размещены лопастные устройства 6, которые придают газовому потоку вращательное движение. Пыль отбрасывается к стенкам, движется вниз по спирали и ссыпается из всех элементов в общий бункер 5. Очищенный газ выходит из элементов по трубам в общую камеру и удаляется из аппарата через верхний штуцер.
Диаметр одиночных циклонов обычно составляется от 40 до 1000 мм, а элементов батарейных циклонов – от 40 до 250 мм.
При высоте цилиндрической части циклона ~ 2 м, высота его конической части составляет ~ 1,8 м. Таким образом общая высота такого циклона ~ 4 м, диаметр трубы для вывода очищенного газа – 0,6 м. В другом варианте высота цилиндрической части – 1,56 м, высота конической части 2,0 м, общая высота – 4,0 – 4,38 м, диаметр трубы вывода очищенного газа – 0,6 м.
Гидроциклоны в зависимости от назначения могут иметь диаметр от 10 мм до 350 мм, общую высоту до 1,2 м; угол конуса 10 -150. Обычно гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно – мульти - гидроциклон. Устройство мульти гидроциклонов аналогично устройству батарейных циклонов для очистки запыленных газов. Хорошего разделения суспензий достигают, когда гидроциклоны имеют удлиненную форму с малым углом конусности. При такой форме корпуса удлиняется путь твердых частиц, увеличивается время их пребывания в аппарате и, таким образом, повышается эффективность разделения.
Достоинства аппаратов: простота конструкции, высокая производительность; отсутствие движущихся частей, простота и легкость обслуживания. Недостатки: относительно высокое гидравлическое сопротивление ( p, Па), невысокая степень улавливания мелких частиц механическое истирание корпуса аппарата твердыми частицами – быстрый износ корпуса. Улавливанию должны подлежать частицы размером – не менее 10 мкм в циклонах и не менее 5 мкм в гидроциклонах.