Расчет циклонов. 
Безопасность жизнедеятельности: проектирование и расчет средств обеспечения безопасности

Циклоны применяют в основном для улавливания из воздуха пылевых частиц II, III и IV групп дисперсности. Частицы пыли V группы в таких устройствах эффективно не улавливаются.

Циклон представляет собой полый цилиндр с конусной нижней частью, внутри которого расположена выпускная труба. Запыленный воздух подается через входной патрубок, установленный тангенциально в верхней части циклона (рис. 6.4).

В циклонах отделение взвешенных частиц от воздуха происходит за счет центробежной силы, действующей на частицы очищаемого воздуха при его вращении и одновременном движении вниз, поэтому циклоны часто называют центробежными пылеотделителями. Энергетические потери в циклоне характеризует коэффициент сопротивления представляющий собой отношение полных потерь давления в циклоне р_п к динамическому давлению р_а в каком-либо его сечении (во входном патрубке или поперечном сечении корпуса):

Рис. 6.4. Циклон:

Значение коэффициента? зависит от формы циклона. Обычно в качестве объекта сравнения используют циклон серии ЦН-15, разработанный научно-исследовательским институтом очистки газа (НИИОГАЗ). В этом циклоне угол наклона входного патрубка, а =15°, коэффициент сопротивления движению воздуха в поперечном сечении? пл =.

= 160, коэффициент сопротивления движению на входе? вх = 7,6. При наличии габаритных ограничений по высоте используют укороченный циклон ЦН-15У с несколько меньшим коэффициентом очистки воздуха.

а — общий вид; 6 — схема работы; 1 — входной патрубок; 2 — конусная часть; 3— выпускная труба Конструктивные размеры циклонов НИИОГАЗ серии ЦН-15 приведены на рисунке 6.5, а их значения — в таблице 6.1.

Примечание: для D, d и d даны внутренние размеры.

Рис. 6.5. Конструктивные размеры циклонов НИИОГАЗ серии ЦН-15:

/—циклон; 2— бункер; тип /— выпуск воздуха через улитку; тип II—то же, через трубу вверх; тип III — то же, через отвод вбок Высокопроизводительный циклон ЦН-24 с углом наклона входного патрубка, а =24° применяют в качестве первой ступени очистки при значительной концентрации крупнодисперсной пыли в воздухе. Для улавливания мелких частиц диаметром (5…10) • 10^_6 м разработан циклон повышенной эффективности ЦН-11 с углом, а = 1 Г.

Характеристики циклонов различных типов при одинаковой пропускной способности и сопротивлении 1000 Па даны в таблице 6.2.

6.2. Основные характеристики циклонов НИИОГАЗ

Примечание. Для всех циклонов внутренний диаметр выпускной трубы d-0_y59D.

Внутренний диаметр D, на основе которого определяют другие конструктивные размеры циклонов, может быть выбран как по таблице 6.1, так и из следующего ряда значений, мм: 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

Методика расчета и подбора циклонов заключается в следующем. Зная производительность циклона Q, м³/ч, и оптимальную скорость движения воздуха в поперечном сечении корпуса циклона В^цопт" м/с (табл. 6.3), вычисляют диаметр циклона:

6.3. Расчетные параметры циклонов

Полученное значение Z)_p округляют до ближайшего из стандартного ряда. Затем на основе принятого значения диаметра цикло;

на D находят его другие конструктивные параметры (см. табл. 6.1, 6.2) и рассчитывают действительную скорость движения запыленного воздуха в циклоне, м/с:

где Ф{х) — логарифмическая функция вероятностного распределения, определяемая в зависимости от параметра распределения х по таблице 6.4.

Далее определяют фракционный коэффициент очистки циклонов, %,.

6.4. Логарифмическая функция вероятностного распределения

Величину х вычисляют по формуле.

где d'— наибольший размер частиц фракций пыли, для которой определяют коэффициент очистки, мкм (табл.6.5);^ц —диаметр частиц, которые в условном циклоне улавливаются на 50%, мкм (см. табл. 6.3); К— коэффициент, значения которого зависят от типа циклона (см. табл. 6.3); ц—динамическая вязкость воздуха, Па • с; р_п — плотность частиц пыли, кг/м³ (см. табл. 6.5); с_цп — характеристика полидисперсности пыли, или дисперсия.

6.5. Характеристика некоторых видов пыли

Общая эффективность пылеулавливания, %,.

Значения функции Ф^х') определяют по таблице 6.4. Величину х' находят по формуле.

где d$Q — медиана распределения (диаметр частиц, при котором суммарная масса всех частиц, имеющих размер менее d$o, составляет 50% массы всей пыли); d — диаметр частиц улавливаемой пыли, при котором суммарная масса всех частиц диаметром менее d_J6 составляет 16% массы всей пыли.

Параметры d$о и d^ принимают по таблице 6.5.

Если очистка воздуха от пыли производится в нескольких последовательно установленных циклонах, то процесс очистки должен начинаться в циклоне большего диаметра, так как с уменьшением диаметра коэффициент очистки циклонов возрастает. При этом общий коэффициент очистки.

где Ль… Л" — коэффициенты очистки соответственно первого, второго и л-го циклонов в процентах.

Сопротивление циклона, Па,.

где р, — плотность очищаемого воздуха при конкретной заданной температуре /, которую можно определить по формуле: р,= 353/(273 + /).

Сопротивление циклона можно также рассчитать по формуле:

где ^ — секундный расход воздуха через циклон, м³/с; D — диаметр корпуса циклона, м.

Пример. Система аспирации шахтной мельницы удаляет 2450 м³/ч воздуха, имеющего температуру 20 °C и загрязненного пылью известняка. Рассчитать параметры циклона серии ЦН-15, обеспечивающего очистку воздуха от пыли.

Решение. Зная производительность циклона Q, м³/ч, и оптимальную скорость движения воздуха в поперечном сечении циклона опт ⁼ 3,5 м/с (см. табл. 6.3), вычисляем диаметр циклона.

Принимаем диаметр циклона /)= 500 мм (см. табл. 6.1). Тогда действительная скорость движения воздуха в циклоне.

Вычисляем величину х по формуле.

где d' = 40 мкм — наибольший диаметр частиц фракций пыли известняка (см. табл. 6.5); d50ц = 3,06 мкм и К= 41,4 — приняты по таблице 6.3; д = 1,81 * 10″ ^s_t Па • с — динамическая вязкость воздуха при температуре 20 ^вС; р_п = 2706 кг/м³ и Ощ, = 2 по таблице 6.5.

Фракционный коэффициент очистки выбранного циклона где Ф (х) = 0,3829 при х = 0,5 (см. табл. 6.4).

Рассчитываем величину х

где 16= 10,86 мкм.

Общая эффективность пылеулавливания:

где Ф (х') = 0,6875 при х'= 1,01 (см. табл. 6.4).

Сопротивление циклона:

где 4пл ⁼ 160 ^— коэффициент сопротивления циклона серии ЦН-15; рзо — плотность очищаемого воздуха при температуре 20'С: р, = 353/(273 + t) = 353/(273 + + 20) = 1,205 кг/м³.