Сепарация пыпегазовых смесей

Фазовое разделение пылегазовых смесей в вихревом аппарате — типичный пример процесса сепарации мел­кодисперсной фазы (размер частиц не превышает не­скольких единиц микрометра). Для таких смесей роль факторов, препятствующих процессу центробежной се­парации, весьма значительна. Выше указано влияние радиальных пульсаций в закрученном потоке газа на эффект отделения мелкодисперсной составляющей жид­кой фазы. Другим существенным фактором, снижающим эффект сепарации пылегазовых смесей, является воз­никновение градиентной диффузии. Перенос пылевых

Частиц на периферию камеры сепаратора, осуществляе­мый под действием центробежных сил, приводит к скоп­лению аэрозоля в пристеночных слоях потока, т. е. к, возникновению радиального градиента концентрации

Этот градиент является движущей силой диффузионно­го потока, осуществляющего перенос пыли в приосевые области камеры.

Наиболее полно сепарация пылегазовых смесей изу­чена В. А. Успенским и В. Е. Кирпиченко [7, 8], кото­рые рассчитали радиальное распределение концентра­ции аэрозоля вследствие градиентной диффузии на раз­личных расстояниях от кольцевого периферийного ис­точника в цилиндрической камере с осевым осесиммет — ричным потоком при постоянном коэффициенте диффу­зии по радиусу. Результаты расчета] показывают, что диффузионный поток мелкодисперсного вещества умень­шает радиальный градиент его концентрации по мере осевого перемещения от источника; на расстоянии х= = (36…40)$ (х — осевое расстояние от источника, R— Радиус камеры) происходит практически полное пере­мешивание аэрозоля с несущим потоком. Помимо ука­занных факторов при разделении пылегазовых) смесей ощутимое отрицательное действие может оказывать конвективный радиальный поток пылевых частиц, вы­званный радиальным градиентом давления. Кроме то­го, в закрученном потоке в области свободного вихря (Wx R = Const) на частицу может действовать сила, про­тиводействующая центробежной и обусловленная влия­нием вязкости и радиальным градиентом тангенциаль­ной составляющей скорости несущего потока Wx . Под действием разности скоростей в диаметрально противо­положных точках частицы в окружающей ее малой об­ласти может возникнуть циркуляция, несущей среды. При этом появляется сила, выталкивающая частицу в направлении увеличения W% (уменьшения Г). Из рас­смотрения равновесия частицы кубической формы под * действием перепада давлений и центробежной силы

; выявлено [7, 8], что для радиального равновесия части­

Цы необходимо, чтобы ее плотность превышала плот­ность несущей среды. Для расчета минимального отно — I шения плотностей фаз смеси предложено выражение

(Ж) = 1 + Л*ЛУ_*_У’-х

\ Р / min \ г J \ К ReT J

(69)

X

(2 K*<h)l\} (KReT)2]’

Где P и рд — плотность несущей и дисперсной сред, кг/м3; R— радиус камеры сепаратора^ м; г—текущий ради­ус, м; ReT = Wx Rjv (V — кинематическая вязкость сре­ды, м2/с); /С=«3—коэффициент пропорциональности.

Выражение (69) получено в предположении, что раз­ность скоростей дисперсной и несущей сред пропорцио­нальна градиенту тангенциальной составляющей W % Скорости Среды, В отдельных случаях (рд/р)тіп колеб­лется от 200 до 2000 и более.

Несмотря на описанные выше факторы, затрудняю­щие сепарацию пылегазовых смесей, вихревые аппара­ты с успехом применяют в ряде отраслей народного хо­зяйства. При, этом часто аппараты сочетают в себе функции сепаратора и вихревого энергоразделителя, что позволяет полезно использовать энергию исходной пылегазовой смеси. Конструктивная схема такого аппа­рата, примененного для сухой пылеочистки доменного газа, приведена на рис. 66 [8]. Поступающий во вход­ное отверстие улиточного соплового ввода 1 запылен­ный доменный газ приобретает в камере 2 интенсивное круговое движение. При этом происходят одновремен­но его температурное разделение под действием вихре­вого эффекта и очистка приосевых слоев потока от дис­персной фазы. Охлажденный и очищенный от пыли по­ток отводится через патрубок 8 к потребителю. Пери­ферийные нагретые слои газа направляются через дрос-

‘<г<ШШ(Т

І

Охпамденный

Поток

Т

Рис. 66. Схема вихревого энергоразде­лителя с приемником пыли

Сельный клапан 4 к воздухонагревателям доменного дутья. Пылевые частицы собираются на периферии кат меры. Для их отделения установлен сепаратор 5. Отде­лившаяся пыль собирается в кольцевом приемнике 3, осаждается в бункере и удаляется через патрубок 6 по транспортной магистрали на агломерацию. Кольцевой пылеприемник соединен трубопроводом 7 с приосевой зоной камеры 2 в ее околосопловом сечении. Благодаря этому) газ, транспортирующий пыль в пылеприемник. возвращается в технологический процесс.

Диаметр камеры сепаратора 0,250 м, длина камеры 5 м. При переработке доменного газа давлением 0,25 МПа и температурой 460 К с начальной запылен­ностью 2,5 г/м3 при [х = 0,2 эффективность отделения пыли г] = 99,35% — Расход перерабатываемого доменного газа 3600 м3/ч.

Значение т] рассчитывают по формуле R] = 0,5[(ZH — —Z„X)/ZH+ (ZH—ZHr)/ZH]100, где ZH, ZHX,Zur — количество пыли соответственно в газе на входе в аппарат, в ох­лажденном и нагретом потоках, г/м3.

Вихревой ащмфат с успехом можно применять и только для сепарации пылегазовых смесей. Такой сепа­ратор отличается от известных конструкций вихревых энергоразделителей [8]. Он включает цилиндрическую камеру разделения, снабженную с одной стороны тан­генциальным сопловым вводом, а с другой — контейне­ром для сбора отсепарированной пыли. Со стороны со­плового ввода камера имеет соосно расположенный вы­хлопной патрубок для вывода очищенного гаЗа, причем входное сечение патрубка расположено на некотором расстоянии от соплового сечения камеры. Сепаратор та­кой конструкции применен для выделения твердой фа­зы — окислов редкоземельны^ элементов — из высоко­температурных пылегазовых потоков, выходящих из плазмохимических реакторов. Испытания сепаратора на плазмохимической установке при переработке нитрит — ных растворов редкоземельных элементов с концентра­цией их окислов 19,39 г/л показали достаточно высокую эффективность очистки: на одном аппарате—90—93 %, на двух последовательно установленных аппаратах — до 97%. Испытан вихревой сепаратор с цилиндрической камерой диаметром Ь0 = 0,045 м и длиной L = 0,19, м. Диаметр выхлопного патрубка 4 = 0,02 м, расстояние от его входного сечения до соплового сечения камеры 0,05 м. Расход пылегазовой смеси 156 м3/ч. Температу­ра пылегазовой смеси достигала 720—770 К. Испытания проводили при пониженном давлении смеси, создавае­мом вакуум-насосом. Гидравлическое сопротивление ап­парата 20—30 кПа.

При расчете вихревых аппаратов, сочетающих функ­ции сепарации мелкодисперсной твердой фазы и тем­пературного разделения несущей среды, оптимальные режимные и конструктивные параметры аппарата опре­деляют из условия обеспечения заданного эффекта тем­пературного разделения, т. е. расчет выполняют как для обычных вихревых труб. При проектировании аппара­тов, предназначенных только для сепарации, их геомет­рические размеры можно назначать, исходя из следую­щих рекомендаций [8]: относительная площадь сопло­вого ввода Fc = 0,085; относительный диаметр отверстия выхлопного патрубка D = D/D0 = 0,416; расстояние от входного сечения выхлопного патрубка до соплового се­чения камеры Я=1,Ш0; длина камеры разделения L = = 4,2D0.