5.6 Разделение газовых неоднородных систем

Значительное место в химической технологии занимает процесс разделения газовых неоднородных систем с целью очистки газовых выбросов или улавливания ценных веществ. На сегодняшний день широко применяются передовые методы по газоочистке и пылеулавливанию. В общем случае эти методы можно разделить следующим образом: сухая очистка газовых неоднородных систем (осаждение в гравитационном поле, под действием центробежных сил, фильтрование газов) и мокрая очистка газовых неоднородных систем.

5 Рисунок 5.15 – Схема Пылеосадительной камеры .6.1 Очистка газов в поле сил

тяжести

Для разделения газовых неоднородных систем в гравитационном поле применяются газоходы и пылеосадительные камеры (рисунок 5.15).

Пылеосадительные камеры испо-льзуются для грубой (предварительной) очистки сильно запыленных газов, содержащих частицы размером не менее нескольких десятков микрометров.

Достоинствами полочных камер являются простота их конструкции, небольшое гидравлическое сопротивление, а недостатком  громоздкость, обусловленная малой скоростью осаждения частиц под действием силы тяжести.

5.6.2 Очистка газов в центробежном поле

Для создания поля центробежных сил обычно используют два технических приема.

5.6.2.1 Вращение неоднородной системы в неподвижном аппарате – процесс циклонирования. Аппараты называются циклонами, они предназначены для разделения газовых и жидких неоднородных систем.

С

1 – входная труба; 2 – корпус;

3 – коническое днище;

4 – выхлопная труба

Рисунок 5.16 – Схема циклона

ущность процесса циклонирования заключается в том, что поток газа, несущий взвешенные частицы, вводят в аппарат тангенциально через входную трубку 1 (рисунок 5.16) с рассчитанной скоростью от 10 до 40 м/с, воздушный поток начинает вращаться, совершая при прохождении через аппарат несколько оборотов. Содержащиеся в газе твердые частицы отбрасываются центробежной силой к стенке корпуса 2, опускаются в коническое днище 3 и удаляются из аппарата. Освобожденный от взвешенных частиц поток выводится из циклона через выхлопную трубу 4, попадая на производство, или выбрасывается в атмосферу.

Достоинства циклонов:

– простота конструкции и эксплуатации;

– возможность применения для активных высокотемпературных газов;

– высокая эффективность разделения.

Недостатки циклонов:

– очень большое гидравлическое сопротивление;

– истирание внутренней поверхности циклона.

5.6.2.2 Вращение неоднородной системы с аппаратом – процесс осадительного (отстойного) центрифугирования. Аппараты называются осадительными центрифугами.

Схема отстойной центрифуги периодического действия с горизонтальным валом и ручной выгрузкой осадка изображена на рисунке 5.17.

Центрифуги предназначены для разделения жидких неоднородных систем – суспензий и эмульсий.

Центрифуги представляют собой сплошной барабан 2, насаженный на вращающийся вал 1. Под действием центробежной силы твердые частицы из суспензии отбрасываются к стенке барабана и отлагаются в виде осадка.

1 – вращающийся вал; 2 – барабан;

3 – корпус

Рисунок 5.17 – Схема отстойной

центрифуги периодического

действия

Осветленная жидкость переливается в неподвижный корпус 3 и удаляется через патрубок в его нижней части.

Достоинства центрифуг:

– проведение обезвоживания без затрат тепла;

– высокая эффективность по сравнению с отстойниками.

Недостатки центрифуг:

– наличие подвижных и трущихся частей, что приводит к износу;

– сложность конструкции.

Физическая сущность процесса осаждения под действием центробежной силы заключается в том, что во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, направляющая ее к периферии от центра по радиусу со скоростью, равной скорости осаждения w_ос. При этом скорость осаждения изменяется:

(5.44)

Так как скорость движения частицы изменяется, меняется соответственно и число Re, следовательно, будут меняться режимы осаждения и зависимость . Вследствие этого:

а) в циклонах происходит вихреобразование, нарушающее нормальное осаждение частиц, и уже осевшие частицы могут вновь вовлекаться в поток. Чем выше скорость, тем выше центробежная сила, следовательно, выше степень очистки . Однако при увеличении скорости возрастает гидравлическое сопротивление Δp/ρ (рисунок 5.18).

Оптимизация процесса: скорость в циклоне должна быть от 10 до 15 м/с, отношение Δp/ρ от 500 до 740 Па. Степень очистки зависит от плотности, вязкости, диаметра частиц, радиуса;

б) в центрифугах возможно отставание вращения суспензии от вращения ротора, что снижает фактор разделения; чтобы избежать этого, в центрифугах устанавливаются перегородки;

в) помимо выбора скоростей вращения неоднородных систем и аппарата в целом, необходимо учитывать взаимное влияние частиц друг на друга, полидисперсность неоднородной системы, а также форму частиц.

П оэтому при инженерных расчетах циклонов и центрифуг довольно часто приходится основываться на экспериментальных данных.

Рисунок 5.18 – Зависимость гидравлического сопротивления

циклона и степени очистки от скорости газа