Задача 3 Расчет циклона для осаждения твердых частиц из отходящих газов

Циклон представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру, в которую газ вводится тангенциально, благодаря чему газ совершает вращательное движение вокруг коаксиально расположенной трубы, по которой выводится очищенный газ (рис.3.1).

Рис. 3.1. Схема устройства циклона: 1 – корпус, 2 – коническое днище.

Осаждение твердых частиц происходит за счет действия на них центробежной силы:

G_ц = m w_г² / r,

где m- масса частицы; w_г - окружная скорость движения частицы (м/с), отстоящей от оси вращения на расстоянии r (м).

Движение частиц к стенке циклона происходит с ускорением а, м/с²:

а = w_г² / r =^r,

где  - угловая скорость вращения частицы, с^-1.

Число Архимеда при инерционном осаждении получаем заменой в уравнении (2.2) гравитационного ускорения на инерционное :

Аr = ² r d³ ( ^тв - ^г ) / (^г )² ^г (3.1)

Для расчета скорости осаждения частиц воспользуемся уравнениями (2.1) и (2.3):

w_ос = [ ² d² (^тв - ^г) / 18^г ] r

Скорость осаждения твердых частиц зависит от расстояния частицы от оси вращения (r). Мгновенная скорость может быть представлена, как производная пути (радиуса) по времени - w_ос = dr / dt, откуда при интегрировании получим время осаждения частицы (t_ос) при движении ее от внутренней стенки (r₁) до внешней (r₂):

t_ос = [18 ^г / ^d² (^тв - ^г)] ln(r₂ / r₁) (3.2)

Необходимый объем циклона определяем из условия, что подаваемый в циклон газ будет находиться в нем требуемое время для осаждения:

V_ц = Q t_ос =  ( r₂² - r₁² ) H_p (3.3)

где H_р - рабочая высота циклона.

Полная высота циклона включает еще высоту конической части (бункера для пыли).

Варианты заданий

Исследовать влияние на рабочую высоту циклона ( HH H H_р ) одного из параметров процесса улавливания твердых частиц из газовой фазы при постоянном размере внутреннего газопровода r₁=150мм. Значения других параметров приводятся в таблице вариантов заданий. Влияние исследуемого параметра представить графически по 5 его значениям

Варианты	Параметры процесса улавливания:
	Газовая фаза	Внешний радиус циклона, r2, мм	Диаметр улавливаемых частиц, мкм	Скорость поступающего газа при 00С, м/с	Температура газа, 0С	Плотность материала твердых частиц, г/см3
1	N2	450	20	10	20	1,0.....2,5
2	H2	450	20	10	20	1,0....2,5
3	N2	450	10....50	10	20	1,8
4	H2	450	10....50	10	20	1,8
5	N2	450	20	5....20	20	1,8
6	H2	450	20	5....20	20	1,8
7	N2	350....600	20	10	20	1,8
8	H2	350....600	20	10	20	1,8
9	N2	450	20	10	0....200	1,8
10	H2	450	20	10	0.....200	1,8

Процедура расчета

1. Рассчитываем скорость движения газа во входном патрубке циклона при заданной температуре, м/с.

2. Рассчитываем угловую скорость вращения газа, с^-1.

3. Рассчитываем время осаждения твердых частиц по уравнению (3.2), с.

4. Рассчитываем необходимый объем рабочей части циклона по уравнению (3.3), м³.

5. Рассчитываем высоту рабочей части циклона, м.

6.Строим график полученной зависимости.