Циклонный процесс

     

 

Содержание:

1. Циклон
2. Циклонный процесс
3. Циклонный пылесос
4. Циклонный сепаратор

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Циклонный процесс получил свое от циклонов – аппаратов для разделения пылей. Позднее начали использовать работающие по тому же принципу аппараты для разделения суспензий – гидроциклоны. Применяют циклонный процесс и для отделения газа от капель жидкости.

      Схемы циклона показана на рис.1. Циклон состоит из цилиндрического конуса  1 с коническим днищем 2. Запыленный газ вводится в корпус 1 через штуцер тангенциально со скоростью 20-30 м/с. Благодаря тангенциальному вводу он приобретает вращательное движение вокруг трубы для вывода очищенного газа, расположенной по оси аппарата. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса. В аппарате создаются два спиральных потока: внешний поток запыленного газа, которой движется вниз вдоль поверхности стенок циклона, и внутренний поток очищенного газа, которой поднимается вблизи оси аппарата, и удаляется из него. Пыль концентрируется вблизи стенок и переносится потоком в разгрузочный бункер 3.

 

 

1 – цилиндрический конус; 2 – коническое днище; 3 – разгрузочный бункер

Рис.1. Циклон

 

1 – цилиндрический конус; 2 – коническое днище; 3 – разгрузочный бункер

Степень очистки газа в  циклонах тем больше, чем больше фактор разделения К. Из выражения видно, что К можно увеличить либо путем уменьшения радиуса вращения газового потока, либо увеличением его скорости, что сопряжено со значительным возрастанием гидровлического сопротивления и увеличением турбулентности газового потока (которая ухудшает процесс осаждения и способствует перемешиванию очищенного газа с запыленным). В то же время уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности.       Поэтому при больших расходах запыленного  газа вместо одного циклона  большого диаметра применяют несколько циклонных элементов меньшего размера, объединенных в одном корпусе. Такие аппараты называют батарейными циклонами (мультициклонами).

      Показаны батарейный циклон и его элементы. В общем корпусе циклона 1 расположены циклонные элементы 3, герметично закрепленные в трубных решетках  4. Запыленный газ через входной штуцер поступает в газораспределительную камеру 2, а из нее – в циклонные элементы, в кольцевое пространство между корпусом элемента 3 и патрубком для вывода очищенного газа. В этом пространстве размещены лопастные устройства 6, которые придают газовому потоку вращательное  движение. Пыль отбрасывается к стенкам, движется вниз по спирали и ссыпается из всех элементов в общий бункер 5. Очищенный газ выходит из элементов по трубам в общую камеру и удаляется из аппарата через верхний штуцер.

Диаметр одиночных циклонов обычно составляет от 40 до 1000 мм, а элементов  батарейных циклонов – от 40до 250 мм.

     В промышленности применяют циклоны разнообразных конструкций. Наиболее распространены циклоны НИИОгаза, отличительной особенностью которых является наклонный патрубок прямоугольного сечения, через который газ  вводится в циклон. То обстоятельство, что газ получает спиральное направление движения уже при входе в циклон, способствует снижению гидравлического сопротивления аппарата.

Гидроциклоны мультигидроциклоны аналогичны по устройству циклонам и  мультициклонам.

     Степень очистки газов от пыли в циклонах составляет для частиц диаметром 5 мкм 30 – 80 %, диаметром 10 мкм 70 – 95 %, диаметром 20 мкм -95 -99%.  В батарейных циклонах степень очистки газа и несколько меньшей степени зависит от размера частиц: для указанных выше размеров ( 5, 10 и 20 мкм) она составляет соответственно 65 – 85, 85 – 90, 90 - 95%. Большая степень очистки газов достигается в циклонах с большим гидравлическим сопротивлением.

Аппараты для проведения циклонного процесса характеризуются  простотой конструкций, отсутствием  движущихся частей, возможностью обработки  химически агрессивных сред. Они обеспечивают повышенную степень разделения по сравнению с аппаратами гравитационного осаждения, более компактны.

    К недостаткам их относятся сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (в циклонах оно составляет 400 -700 Па ), невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм, механическое истирание корпуса аппарата твердыми частицами , чувствительность  к колебаниям нагрузки по газу или жидкости. Поэтому аппараты циклонного типа не рекомендуется использовать , если требуется улавливать частицы размером менее 10 мкм и частицы, обладающие сильным абразивным действием.(1)

Рис. 2. Циклон

 

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

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 (то есть 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  Наиболее оптимальна относительная высота 1,6, что соответствует принципу

Эффективность

    Степень очистки в циклоне сильно зависит от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). C уменьшением диаметра циклона степень очистки возрастает, но увеличивается металлоёмкость и затраты на очистку. При больших объёмах газа и высоких требованиях к очистке газовый поток пропускают параллельно через несколько циклонов малого диаметра (100—300 мм.). Такую конструкцию называют мультициклоном или батарейным циклоном. Возможно также применить, который, напротив, эффективен именно для малых частиц.

Достоинства и недостатки

     Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются высокое невозможность улавливания пыли с малым размером частиц и небольшая долговечность (особенно при очистке газов от пыли с высокими абразивными свойствами).(4)

Как работает пылесос циклонного типа?

 

Все пылесосы в мире служат только одной цели - чистоте, и не важно о каком пылесосе именно идет речь. Какие-то пылесосы делают это  хорошо и стоят умеренно, а какие-то делают это отлично и их стоимость  значительно выше.

Циклонные пылесосы появились сравнительно недавно, но уже снискали к себе уважение и доверие миллионов людей. В магазинах, наверное, каждый обращал внимание на витрины с циклонными пылесосами. Внятно объяснить что такое циклонный пылесос и принцип его работы, продавцы магазинов не могут. Поэтому решено было самостоятельно разобраться во всех тонкостях циклонных технологиях пылесосостроения.

Кто создал пылесос циклонного типа?

    Сам принцип циклонных пылесосов изобрел английский изобретатель Джеймс Дайсон. Самым первым пылесосом, который был выпущен по его технологии, был пылесос фирмы G-Force в 1986 году. Спустя некоторое время английский изобретатель продал патент на технологию циклонных пылесосов и в 1990-х годах организовал свой исследовательский центр, а в 1993 году выпустил свой первый пылесос -всемирно известный Dayson DC01.

В настоящее время, пылесосы циклонного типа выпускает каждая уважающая  себя компания, к которым относятся Bosh, Samsung, Dayson, Philips, Panasonic и так далее.

Как же работают пылесосы циклонного типа?

    По всей видимости, создатель циклонных пылесосов был очень хорошим физиком, так как вся технология сбора пыли построена на физических законах центробежной силы. Более наглядно принцип действия циклонного пылесоса можно увидеть на картинке:

Рис.3. Принцип действия пылесоса

 

      Красными стрелками помечен входящий воздух (с пылью), а синими - выходящий (чистый, без пыли).

Весь пылесборник состоит  из 2 камер: внешней и внутренней. Воздух попадая в пылесборник  движется по спирали с большой  скоростью, поднимаясь в верх по внутренней камере. Под действием центробежной силы крупная пыль попадает во внешнюю  камеру, а мелкая пыль остается на стенках  внутренней. После чего очищенный  воздух через череду фильтров выходит  из пылесборника.

Это схематическое описание, так как в действительности технология пылесосов циклонного типа сложна и  имеет много нюансов.

Сами пылесборники изготавливают  из пластика, который не боится воды и для его использования не нужно никаких сменных элементов.

Достоинства и недостатки циклонных пылесосов

Теперь давайте попытаемся понят, что же хорошего в этой технологии и насколько она подходит для  идеального пылесоса, который нам  нужен.

Достоинства циклонного пылесоса:

1. Все пылесосы циклонного типа обладают легким весом и довольно компактными размерами. Покупая такой пылесос Вы экономите место и бережете силы и нервы человека, который будет им пользоваться.
2. Не нужны постоянно кончающиеся бумажные мешочки для пылесборника.
3. Мощность пылесоса не теряется от наполнения пылесоса пылью.
4. Пылесборник можно вымыть водой и высушить.

Недостатки циклонных  пылесосов:

1. После каждой уборки пыль из пылесборника необходимо убирать. Человеческой лени тут нет место.
2. Повышенный шум. Как говорится: все относительно, поэтому шума от циклонного пылесоса немного больше, чем от обычного.
3. Энергопотребление также выше, так как в пылесосе создается торнадо в миниатюре.(2)

Покупать или нет пылесос  циклонного типа решать только Вам. Из всего вышенаписанного можно  понять, что идеального пылесоса не бывает, всегда нужно чем-то жертвовать.

Если подытожить, то технология циклонных пылесосов довольно интересна  и лично для меня все недостатки с лихвой перекрываются его достоинствами. Поэтому циклонный пылесос - это  интересная находка, которая несомненно стоит тех денег, которых за нее  просят.

 

Циклонный сепаратор

     Когда сжатый воздух выходит из компрессора, он содержит влагу в виде взвеси капелек воды и пара. В качестве первой ступени подготовки сжатого воздуха к использованию, используется циклонный сепаратор установленный на выходе из компрессора, который механически удаляет капельки воды из сжатого воздуха. Работает он следующим образом:

 

Сжатый воздух с капельками воды попадает в циклон. После выхода из направляющего патрубка (1), сжатый воздух вовлекается во вращательное движение высокой скорости вокруг оси  цилиндра в циклонной области (2). Под воздействием мощных центробежных сил, капельки воды оседают на стенках  сепаратора и затем стекают в  коллекторную область (3). Коллекторная область отделяется от циклонной  области при помощи изогнутого экрана (4), для того чтобы поток воздуха  не уносил часть конденсата с собой. Сжатый воздух выходит  из циклонного сепаратора через трубу  и газоотводный патрубок (5). Конденсат  удаляется через отверстие (6), расположенное  в нижней части коллекторной области. Поэтому озникает необходимость установки электронного конденсатоотводчика, так как уровень конденсата не должен выходить за пределы изогнутого экрана. Большие циклонные сепараторы  имеют дополнительное смотровое окно в нижней части сепаратора (7); оно предназначено в основном для демонтажа и очистки коллектора.

 

     Теория циклонного процесса в системах очистки воздуха

Улавливание пыли в циклонных аппаратах  основано на использовании центробежных сил. Вопросы теории центробежной сепарации  подробно рассматриваются в трудах П. А. Коузова, А. И. Пирумова и др.

Рассмотрим общепринятую схему  движения газопылевого потока и сепарации  пыли в циклоне. Пылегазовый поток  с большой скоростью по касательной  поступает в цилиндрическую часть  корпуса циклона и совершает  движение по нисходящей спирали вначале  в кольцевом пространстве между  корпусом и выхлопной трубой и  продолжает это движение в конической части корпуса, делая несколько  витков.