Аппарат циклон в химии для чего используется

Циклон (в промышленности)

Циклон — аппарат, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки — инерционный (с использованием центробежной силы). Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности.

Собранная пыль может быть в дальнейшем переработана (см. рекуперация (обработка сырья)).

Содержание

Принцип действия

Принцип действия простейшего противоточного циклона (см. схему) таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли (на рисунке не показан). Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу.

Конструкция

Существует огромное разнообразие типов циклонов. Кроме описанного выше противоточного циклона существуют и менее распространённые прямоточные. Противоточные циклоны различаются размерами, соотношением цилиндрической и конической частей, а также относительной высотой (т. е. отношением высоты к диаметру) цилиндрической части. Чем больше относительная высота, тем меньше коэффициент гидравлического сопротивления и разрежение в бункере (меньше вероятность подсоса пыли в аппарат), но меньше степень очистки. Наиболее оптимальна относительная высота 1,6.

Эффективность

Степень очистки в циклоне сильно зависит от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). Для распространённых циклонов типа ЦН степень очистки может достигать:

Достоинства и недостатки

Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, имеют довольно низкое гидравлическое сопротивление, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются невозможность улавливания пылей с малыми размерами частиц и малая долговечность (особенно при очистке газов от пылей с высокими абразивными свойствами).

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Циклон (в промышленности)» в других словарях:

Циклон (в промышленности) — Циклон в промышленности, аппарат для очистки воздуха (газа) от взвешенных в нём твёрдых частиц (капель) под действием центробежной силы (рис.). Запылённый газовый поток обычно вводится со значительной скоростью в верхнюю часть корпуса Ц. через… … Большая советская энциклопедия

Циклон-4 — Эта статья или часть статьи содержит информацию об ожидаемых событиях. Здесь описываются события, которые ещё не произошли … Википедия

Циклон-Б — Фриц Габер, изобретатель Циклона Б,возглавлял разработку боевых отравляющих веществ, 1918 «Циклон Б» (нем. Zyklon B) фирменное название товарного пр … Википедия

Циклон (пылеуловитель) — У этого термина существуют и другие значения, см. Циклон (значения). Простейший циклонный пылеуловитель (аналог ЦН) Циклон воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип… … Википедия

Циклон — I Циклон (от греч. kyklon кружащийся, вращающийся) атмосферное возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. Различают Ц. внетропические и тропические. Последние обладают особыми свойствами и возникают гораздо… … Большая советская энциклопедия

Тип (циклон, 1979) — У этого термина существуют и другие значения, см. Тип. Сравнение размеров континентальной части США, тайфуна Тип и циклона Треси (англ.)русск. (самого крупного и самого маленького из тропических ураганов) Т … Википедия

Министерство электронной промышленности СССР — (МЭП) было образовано 2 марта 1965 года на базе Государственного комитета по электронной технике СССР. Упразднено 14 ноября 1991 года. Содержание 1 Руководители 2 Предприятия и НИИ 3 См. также … Википедия

Ту-4 — (сер. № 2805103), построенный на Куйбышевском авиазаводе в 1952 году единственный сохранившийся Ту 4 в России. Музей ВВС, Монино. Тип тяжёлый бомбардировщ … Википедия

Сушка — высушивание, удаление жидкости (обычно влаги) из твёрдых, жидких и газообразных тел. При С. удаляется, как правило, влага, связанная с материалом физико химически (адсорбционно и осмотически) и механически (влага макро и микрокапилляров); … Большая советская энциклопедия

Днепропетровская область — Дніпропетровська область Герб … Википедия

Источник

Аппарат циклон в химии для чего используется

Циклонные аппараты являются самыми распространенными сухими механическими пылеуловителями благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, высокой производительности.

Циклонные аппараты имеют следующие достоинства:
– отсутствие движущихся частей в аппарате;
– надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С (для работы при более высоких температурах циклоны могут быть изготовлены из специальных материалов);
– возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
– улавливание пыли в сухом виде;
– почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
– возможность успешной работы при высоких давлениях газов;
– простота в изготовлении;
– сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов.

Правильно спроектированные циклоны могут эксплуатироваться надежно в течение многих лет.

Недостатки циклонов:
– сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (у высокоэффективных циклонов оно достигает 1250–1500 Па);
– плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;
– невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Рассмотрим схематично основные виды конструкций циклонных пылеуловителей.

Циклоны различают по способу подвода газов в аппарат. По этому признаку их подразделяют на циклоны со спиральным, тангенциальным, винтообразным, а также с осевым подводом (рис. 10.3.3.1). Циклоны с осевым (розеточным) подводом газов работают как
с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него. Последний тип аппаратов («прямоточные циклоны») отличается низким гидравлическим сопротивлением и меньшей по сравнению с другими типами эффективностью пылеулавливания. Недостатком прямоточных циклонов является необходимость отсоса части газов через бункер для отвода пыли, что способствует его абразивному износу.

Рис. 10.3.3.1. Основные виды конструкций циклонов
(по способу подвода газов):
а) спиральный; б) тангенциальный; в) винтообразный;
г) осевой розеточный циклон с возвратом газов;
д) осевой розеточный прямоточный циклон

Наиболее предпочтительным с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали. Однако на
практике все способы подвода газа могут использоваться в равной степени.

Схема работы циклона представлена на рис. 10.3.3.2. Направляемые на очистку газы поступают в цилиндрическую часть циклона и совершают движение сверху вниз по наружной спирали. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сотен, а то и в тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке. Частицы движутся вдоль стенки по спирали вниз в пылевой бункер. Газовый поток по мере движения сверху вниз частично меняет свое направление, поступая в осевую зону циклона. Часть газового потока снизу поворачивает вверх, частицы пыли вследствие своей инерционности этого сделать не успевают и попадают в бункер. При этом возможен так называемый обратный вынос пыли, когда часть газа тоже попадает в бункер и оттуда выносит с собой мелкие частицы пыли.

Рис. 10.3.3.2. Схема работы циклона

Поскольку на эффективность пылеочистки в циклоне силы тяжести влияют значительно меньше, чем центробежные силы, циклоны можно располагать в любом положении, даже горизонтальном. Однако для рациональной компоновки оборудования чаще их устанавливают вертикально.

Циклоны разделяют на цилиндрические и конические. В цилиндрических циклонах корпус выполнен с удлиненной цилиндрической частью, а в конических – с удлиненной конической частью. В нашей стране наиболее широкое распространение получили нормализованные цилиндрические и конические циклоны НИИОГАЗ [1, 4–6].

К цилиндрическим (рис. 10.3.3.3) относятся циклоны типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24. Отличительными особенностями аппаратов этой группы являются:

– наличие удлиненной цилиндрической части;

– угол a наклона крышки и входного патрубка к горизонтали, равный соответственно 11, 15 и 24° (вошел
в маркировку циклонов);

– одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы d_т к диаметру циклона D, равное 0,59.

Рис. 10.3.3.3. Цилиндрический циклон НИИОГАЗ

Циклон ЦН-15У имеет уменьшенную высоту.

С увеличением угла наклона a входного патрубка к горизонтали уменьшается крутка газового потока, т. е. число витков при прохождении газа в цилиндрической части аппарата. Это уменьшает его общее гидравлическое сопротивление, но одновременно снижает и эффективность циклона, т. к. сокращает время пребывания в нем газа.

Рис. 10.3.3.4. Спирально-конический циклон НИИОГАЗ

К коническим (рис. 10.3.3.4) относятся циклоны типа СДК-ЦН-33; СК-ЦН-34; СК-ЦН-22 (СК – спирально-конический). Они отличаются длинной конической частью, спиральным входным патрубком и малым отношением диаметров выхлопной трубы и корпуса циклона (соответственно 0,33; 0,34; 0,22 – эти цифры вошли в маркировку).

Циклоны можно устанавливать как на всасывающей, так и на нагнетательной линии. Однако для того, чтобы продлить срок службы вентилятора (особенно на потоках с абразивными или липкими пылями), циклоны следует устанавливать на всасывающей линии перед вентилятором. В противном случае пыль попадает в вентилятор
и вызывает его преждевременный износ и поломку.

Герметичность циклонов вместе с бункером – необходимое условие их нормальной работы: даже незначительные подсосы воздуха через бункер резко снижают эффективность очистки.

Следует уделять внимание тому, чтобы в циклоне не конденсировалась влага; температура газов в нем должна быть примерно на 10–25 °С выше температуры точки росы. Для этого применяют тепловую изоляцию циклона, иногда его стенки подогревают.

Ориентировочный расчет диаметра осаждающихся частиц и эффективности циклона. Несмотря на то, что циклоны эксплуатируются в системах пылеулавливания более 100 лет, надежной теории осаждения твердых частиц в центробежном поле до сих пор не разработано. Рассмотрим механизм осаждения на основе упрощенного анализа сил, действующих на частицу
в закрученном газовом потоке (рис. 10.3.3.5).

Если вследствие малости частицы принять, что она увлекается газовым потоком во вращательное движение с угловой скоростью w, то основная действующая на нее сила инерции – центробежная – может быть выражена как

, (10.3.3.1)

где v – линейная локальная скорость газового потока, м/с.

Дополнительная сила инерции обусловлена изменением относительной скорости частицы в газе при перестройке профиля его скоростей. Поток газа входит в циклон с начальной скоростью v_н (скорость газа во входном патрубке циклона); профиль этой скорости показан на рис. 10.3.3.5 линией 1–1. При переходе газа в искривленный канал профиль скорости v перестраивается и ее распределение по сечению канала (линия 2–2) соответствует закону

. (10.3.3.2)

Большинство исследователей принимает n = 1.

Скоростью сепарации частиц называют вектор, равный разности векторов

(10.3.3.3)

Вследствие изменения скорости сепарации частицы появляется дополнительная сила инерции

. (10.3.3.4)

Вектор скорости v_c изменяет свое направление в различных зонах газового потока. Ниже точки А он направлен к периферии циклона, а выше – к его оси. Поэтому учесть силу Р_и при анализе очень сложно; обычно этой силой пренебрегают, что и является основной причиной расхождения экспериментальных данных
с расчетными.

На частицу, перемещающуюся во вращающемся потоке, действует также сила Кориолиса

. (10.3.3.5)

Так как изменение скорости в направлении центробежной силы невелико, то силой Кориолиса можно пренебречь.

И, наконец, последняя сила, действующая на частицу, – это сила сопротивления газовой среды

, (10.3.3.6)

где z – коэффициент лобового сопротивления частицы; S_ч – площадь сечения частицы по нормали к ее движению. Коэффициент z зависит от условий обтекания частицы газом и рассчитывается по формулам (10.3.1.10)–(10.3.1.12).

В циклоне обычно наблюдается стоксовский (ламинарный) режим осаждения, поскольку происходит улавливание частиц с размерами d_ч 100 мкм. Поэтому, если учитывать действие центробежной силы и силы сопротивления газа, то из выражений (10.3.3.1) и (10.3.3.6)
с учетом (10.3.1.10) получим

, (10.3.3.7)

откуда . (10.3.3.8)

Рис. 10.3.3.5. Силы, действующие на частицу
в закрученном газовом потоке в циклоне

При условии (10.3.3.2) распределение скорости газа в криволинейном канале (линия 2–2 на рис. 10.3.3.5) характеризуется зависимостью

, (10.3.3.9)

введение которой в формулу (10.3.3.8) дает выражение

. (10.3.3.10)

Если в этом выражении принять в качестве текущего радиуса r среднее его значение

, (10.3.3.11)

то для всех типов циклонов НИИОГАЗ можно получить обобщенную зависимость, характеризующую минимальный диаметр осаждающихся частиц:

, (10.3.3.12)

Эта зависимость наглядно показывает связь каждой величины, входящей в подкоренное выражение, с размером частиц, сепарируемых в закрученном газовом потоке. Здесь подтверждается общеизвестное правило, что для улавливания мелкодисперсных частиц следует применять циклоны уменьшенных диаметров. Увеличение начальной скорости газа v_н (во входном патрубке циклона) способствует сепарации более мелких частиц. Однако, как показала практика, эта скорость не должна превышать 20 м/с. Оптимальная скорость газа v_н на входе в циклон лежит в пределах 12–15 м/с и зависит от типа циклона.

Выражение (10.3.3.12) в том виде, в каком оно представлено, не позволяет рассчитать размер осаждающейся частицы, потому что содержит неизвестную величину скорости сепарации v_с. Обычно из этого затруднительного положения выходят следующим образом.

Принимается допущение, что частица, вошедшая в циклон вблизи выхлопной трубы (на радиусе R₁), должна осесть на стенке циклона за время прохождения ею цилиндрической части циклона.

Если принять, что по характеру движения частиц циклон работает в режиме идеального вытеснения, то это время

, (10.3.3.13)

. (10.3.3.14)

В уравнениях (10.3.3.13) и (10.3.3.14) V_ц – внутренний объем цилиндрической части циклона; Q_г – объемный расход запыленного газа; h_ц – высота цилиндрической части циклона.

Равенство (10.3.3.14) при оценке скорости сепарации v_с можно принять только приближенно, поскольку в нем учтено время пребывания частиц только в цилиндрической части аппарата. Конические циклоны СК-ЦН имеют укороченную цилиндрическую часть, однако эффективность их выше, чем цилиндрических. Объясняется это тем, что осаждение частиц происходит и в конической части аппарата, радиус которой R₂ уменьшается по ходу движения газа, и тем самым сокращается длина пути частицы при сепарации.

В идеализированном варианте любое пылеулавливающее устройство по принципу действия представляет собой сепаратор, разделяющий поступающую в него пыль на два класса: улавливаемую (с размерами частиц более некоторого d_ч.min) и проходящую через него (с размерами частиц менее d_ч.min). В этом случае эффективность пылеуловителя, оцениваемую отношением масс уловленной и поступившей пыли, можно представить как h = R_d(d_ч.min), где R_d – функция распределения [2], равная отношению массы частиц, размер которых больше d_ч.min, к общей массе частиц.

Если за основу расчета величины d_ч.min взять зависимости (10.3.3.12) и (10.3.3.14), то при известной характеристике дисперсности пыли R_d = f(d_ч) эффективность циклона можно оценить равенством h = R_d(d_ч.min).

Безусловно, это упрощенный подход. Методики расчета эффективности циклонов разрабатывались многими НИИ. Они гораздо сложнее предложенной, но все равно часто дают большие погрешности. Наиболее надежные результаты дает непосредственное испытание циклонов для реальных запыленных потоков, осуществляемое на специальных стендах или непосредственно на действующих промышленных установках.

Выбор циклона. Тип циклона выбирается из табл. 10.3.3.1 методом последовательных приближений при заданной требуемой эффективности очистки газа h. Более подробные таблицы аналогичного вида приведены в специальных справочниках [4].

Соотношение размеров (в долях диаметра D) циклонов НИИОГАЗ
и параметры, определяющие их эффективность

Размер
(см. рис. 10.3.3.3)
и параметр

Источник

Циклон для пыли. Виды циклонов для очистки воздуха и их принцип действия

Циклон для пыли является одним из основных аппаратов для очистки воздуха и отходящих технологических газов от твердых загрязнений, которые образуются в результате деятельности различных производственных предприятий. Благодаря простоте конструкции, отсутствию подвижных узлов и механизмов, возможности увеличения производительности путем объединения в группы и батареи, циклоны сухой очистки широко применяются в технологических и подготовительных производственных процессах.

В зависимости от условий эксплуатации, физических и химических свойств загрязнений, концентрации запыленности и производительности аспирационной системы выбирается определенная конструкция, материал изготовления и размеры пылеулавливающей установки. Широкое использование циклон-аппараты получили в металлургической, химической, энергетической, деревообрабатывающей, горнодобывающей, машиностроительной промышленностях, на предприятиях по переработке и хранению зерна, изготовлению мебели, сыпучих строительных материалов, удобрений, продуктов питания, в сельскохозяйственной области.

Конструкция и устройство циклона

Конструктивно циклон для удаления пыли из воздуха или технологических газов состоит из нескольких основных частей:

В зависимости от условий использования и вида загрязнений рабочей среды различают различные виды циклонов для очистки воздуха. Высокая эффективность очистки достигается в интервале размера загрязняющих частиц от 5 мкм до 40 мкм. Температура рабочей среды не должна превышать 400°C, а пыль не должна иметь слипающихся и волокнистых включений.

Корпус устройства может иметь конусную форму с расширением вниз или вверх, цилиндрический и конусный сегменты могут различаться длиной, высота оборудования учитывает скорость потока и концентрацию загрязнений. Для увеличения производительности без потери эффективности очистки циклоны могут объединяться попарно в группы или создавать батареи. Циклонный пылеуловитель купить можно для использования в качестве первой или основной ступени очистки. При включении устройства в состав аспирационной системы до вентилятора на выхлопной вертикальной трубе располагают спиралевидный патрубок, который задает направление очищенному воздуху, снижает гидравлическое сопротивление и нагрузку на вентилятор.

Принцип действия циклона для пыли

Работа циклона для очистки воздуха основана на применении центробежной и инерционной сил. Запыленный воздух под действием вентилятора проходит по воздуховодам и попадает во входной патрубок устройства со скоростью до 20 м/с. Патрубок имеет спиральную форму, которая придает потоку вращательное движение вдоль стенок корпуса. В сужающейся части скорость запыленного воздуха увеличивается, частицы загрязнений по инерции продолжают опускаться в нижнюю часть циклона. Очищенный воздух резко меняет направление на 180° и попадает в выхлопную вертикальную трубу, через которую выходит наружу.

В зависимости от места расположения пылеочистного оборудования и схемы его включения в состав аспирационной системы входные патрубки могут придавать потоку левое или правое вращение. Пыль, под действием силы инерции, продолжает осыпаться в нижнюю часть и попадает в накопительный бункер, из которого регулярно удаляется. Для выгрузки существует шибер или затвор с механическим или электрическим приводом. Вся конструкция располагается на стальной раме с небольшой площадкой, которая обеспечивает устройству устойчивость и доступ обслуживающего персонала к устройству выгрузки.

Элементы циклонов для пылеулавливания изготавливают из углеродистой и низколегированной стали. При наличии в рабочей среде агрессивных химических веществ или абразивных частиц толщину корпуса увеличивают или изготавливают из легированной стали.

Виды циклонов и их особенности

Наибольшее применение в промышленном производстве получили циклоны марки ЦН-15 и ЦН-11. Эти универсальные устройства предназначены для сухой очистки газовоздушной смеси от твердой неслипающейся и волокнистой пыли. Их нельзя применять в условиях взрывоопасной среды. В зависимости от производительности вентилятора одиночные модели ЦН имеют диаметр корпуса от 200 до 1200 мм, организация в группы предполагает наличие двух, четырех, шести и восьми циклонов с диаметром от 300 до 900 мм. Накопитель для пыли имеет пирамидальную форму, порядок очистки циклона предполагает регулярную выгрузку по мере достижения критического уровня (не выше плоскости, расположенной от крышки накопителя на 0,5 диаметра корпуса). Условное обозначение состоит из букв и цифр: Ц – циклон, Н – разработка НИИОГАЗ, 15,11 – угол наклона входного патрубка.

Для очистки воздуха от крупных отходов деревообработки в виде щепы, витой стружки, сырых опилок, коры, тяжелой пыли используют модели ОЭКДМ, имеющие наиболее низкое значение коэффициента гидравлического сопротивления. Мелкая стружка, древесная пыль, опилки эффективно улавливаются циклонами ЦДО, УЦ, Ц, которые отличаются высокой производительностью и низким уровнем сопротивления. Очистка газов от частиц сажи, продуктов горения и технического углерода осуществляется с помощью устройств СК-ЦН-34. Такие циклоны часто используются в энергетике (при сжигании топлива), в химической промышленности, при производстве нефтепродуктов способом каталитического крекинга.

Широкое применение циклонов в качестве сухой очистки воздуха и газов обеспечили их существенные преимущества:

Источник