Контрольные вопросы

1. Три основных состояния слоя сыпучего материала.

2. "Псевдоожиженный" и "кипящий" слой. Почему такое название?

3. Примеры промышленного использования "псевдоожиженного" слоя.

4. Порозность. Что это такое?

5. Уравнение для определения порозности слоя.

6. Пределы порозности неподвижного слоя.

7. В каких пределах изменяется порозность «кипящего» слоя?

8. Что такое фиктивная, действительная и критическая скорости газа?

9. Изменяется ли фиктивная скорость газа в кипящем слое?

10. Изменяется ли действительная скорость в кипящем слое?

11. Зависимость сопротивления слоя от расхода газа?

12. Почему сопротивление псевдоожиженного слоя не зависит от расхода газа?

13. Характеристика начала псевдоожижения.

14. Предел существования кипящего слоя.

15. Что такое пневмотранспорт?

16. Что такое число псевдоожижения?

17. Как связаны фиктивная, действительная скорости и порозность слоя?

18. При каком соотношении действующих сил твердые частицы пере ходят во взвешенное состояние?

19. Влияние гранулометрического состава на однородность псевдоожижения.

20. Что понимают под поршневым псевдоожижением?

21. В каких случаях наблюдается каналообразование в кипящем слое?

22. Примеры промышленного использования пневмотранспорта.

23. Как определить гидравлическое сопротивление взвешенного слоя, зная вес неподвижного слоя?

24. От чего зависит величина критической скорости?

25. Цель работы.

26. Схема лабораторной установки.

27. Порядок проведения работы.

28. График зависимости высоты слоя от скорости газа.

29. График зависимости Р_СЛ от скорости газа.

30. Как определить экспериментально критическую скорость псевдоожиження?

31. Как определить теоретически критическую скорость псевдоожижения?

Литература

I. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Г.В. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, - М.: Химия, 1982, с. 396–413.

Лабораторная работа № 7 изучение работы циклона

ВВЕДЕНИЕ

Один из наиболее простых и широко распространенных способов очистки газовых потоков от находящихся в них твердых частиц является центробежное разделение таких неоднородных систем. В качестве аппаратов–пылеуловителей, в которых можно осуществить этот способ, используют так называемые циклоны различных конструкций.

Процесс разделения неоднородных смесей «газ–твердые частицы» под действием центробежных сил обуславливается разностью плотностей газового потока и твердых частиц, находящихся во вращательном движении. Центробежные силы, возникающие при этом, обеспечивают большую эффективность процесса по сравнению с процессом разделения, проходящем в поле только сил тяжести. Соотношение этих сил называют фактором разделения:

,

где G = mg – сила тяжести, Н; – центробежная сила, отбрасывающая твердую частицу из вращающегося газового потока к стенкам циклона, Н; m – масса твердой частицы, кг;  – окружная скорость частицы (условно принимается равной скорости газового потока во входном патрубке циклона), м/с; R – радиус циклона, м.

Фактор разделения характеризует увеличение разделяющей способности в условиях действия центробежной силы:

(7.1)

Из выражения (7.1) видно, что эффективность разделения возрастает с увеличением скорости газового потока и уменьшением радиуса циклона. Однако, значительное увеличение скорости газового потока связано с резким возрастанием гидравлического сопротивления циклона и усилением местных завихрений, срывающих уже осевшие на внутренней поверхности циклона твердые частицы, что приводит к ухудшению очистки газа.

Обычно наиболее эффективными являются скорости газа на входе в циклон в интервале 20–25 м/с. Работа циклона оценивается по совокупности его основных характеристик:

1) эффективности разделения (степени очистки или коэффициента полезного действия),

2) гидравлического сопротивления (достижение высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении).

Степень очистки (в %) можно рассчитать, зная начальную С_Н и конечную С_К концентрации твердых частиц в газовом потоке, проходящем через циклон.

%, (7.2)

где Сн – концентрация пыли на входе в циклон, кг/м³; Ск – концентрация пыли на выходе из циклона, кг/м³.

Степень очистки газового потока зависит от размера и плотности твердых частиц, от плотности и вязкости газового потока, от типа циклона и его геометрических размеров и, конечно, от скорости газового потока на входе в циклон. Оптимальное значение скорости газа на входе в аппарат, обеспечивающей высокую степень очистки, определяется в каждом отдельном случае с учетом свойств разделяемых неоднородных систем (например, фракционного состава твердой фазы, слипаемости твердых частиц, допускаемого уноса твердых частиц и др.), условия работы циклона и его гидравлического сопротивления.

Общее гидравлическое сопротивление можно представить как сумму потерь давления на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений, а именно: потери давления при входе в циклон, потери давления на преодоление сопротивления в корпусе циклона, потери давления при переходе газового потока из внешней зоны циклона большого диаметра во внутреннюю зону (в выхлопную трубу) с поворотом на 180°, а также потери давления на преодоление сопротивления трения в выхлопной трубе.

Выражая общее гидравлическое сопротивление через динамический напор во входном патрубке и заменяя сумму частных коэффициентов гидравлических сопротивлений через общий коэффициент гидравлического сопротивления циклона _Ц , получим

Р_Ц =_Ц , (7.3)

где – плотность газовой среды в paбочих условиях, кг/м³; _BX– скорость газа во входном патрубке, м/с.

Скорость газа во входном патрубке определяется

, (7.4)

гдеF_BX – площадь поперечного сечения входного патрубка, м²; V – расход газа, м³/с; D_пат – диаметр входного патрубка. D_пат=14 мм.

При расчете величины общего гидравлического сопротивления циклона чаще ее определяют как функцию условной скорости газа w_Ц, отнесенной к площади свободного поперечного сечения цилиндрической части корпуса циклона:

Р_Ц= (7.5)

Условная скорость газа в циклоне, обеспечивающая степень очистки, лежит в пределах 3,0–3,5 м/с и рассчитывается по уравнению:

(7.6)

Как было отмечено выше, степень улавливания при всех прочих одинаковых условиях зависит от скорости газового потока, а следовательно, и от соотношения (см. формулу 7.3 и 7.5)

Наилучшие условия очистки запыленного газа обеспечиваются, как показывают данные по эксплуатации циклонов, при значениях этого соотношения в интервале 500–750 м²/с². Выше этих значений будет перерасход энергии при практически постоянной степени очистки , ниже этих значений степень очистки циклона будет заметно снижаться.