LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Transkrypt

1 LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH Temat: Badanie cyklonu ZAKŁAD APARATURY PRZEMYSŁOWEJ POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ BMiP

2 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mechaniczną metodą odpylania gazów za pomocą cyklonu.. Podstawy teoretyczne. W wielu operacjach technicznych mamy do czynienia z gazami, w których znajdują się cząstki ciał stałych (pył) lub drobne kropelki cieczy (mgła). Dotyczy to gazów odlotowych z pieców prażalniczych, z suszarni bębnowych, przenośników pneumatycznych, itd.. Gazy zapylone powstają również podczas rozdrabniania ciał stałych, przesiewania, mielenia, itp. Gazy, które przepływają przez płuczki, absorbery, aparaty natryskowe (skrubery) i inne urządzenia unoszą ze sobą kropelki cieczy. Zarówno pył jak i kropelki cieczy zawieszone w gazie mogą być szkodliwe dla dalszych etapów produkcji, np. mogą stanowić truciznę. W innych przypadkach pył lub mgła mogą być cennym składnikiem, który możliwie w całości powinien być odzyskany ze strumienia gazu. Oczyszczanie gazów przemysłowych z zawieszonych w nich cząstek stałych lub drobnych kropelek cieczy przeprowadza się w celu: - wychwycenia cennych produktów, - usunięcia domieszek wpływających ujemnie na dalszą obróbkę gazu lub działających niszcząco na aparaturę, - zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Metody odpylania gazów są liczne i różnorodne. Wymienić tu należy metody mechaniczne, w których wykorzystuje się siłę ciężkości lub odśrodkową, metody elektryczne, filtracyjne suche lub mokre i wiele innych. Wybór metody odpylania gazów jest uzależniony od takich czynników jak wielkość cząstek pyłu, które mają być usunięte z gazu, temperatura gazu odpylanego,możliwość albo niedopuszczalność nawilżania gazu itp. W jednej z metod mechanicznych odpylania gazów wykorzystuje się siłę odśrodkową działającą na cząstki stałe w strumieniu gazu. Proces taki zachodzi w urządzeniach zwanych cyklonami (rys.1.).

3 Rys.1. Zasada odpylania gazu w cyklonie. 3. Zasada działania cyklonu. Wprowadzony stycznie do cyklonu strumień zapylonego gazu przepływa przez niego pod postacią dwóch spiralnych strug. Struga zewnętrzna, wykonując 1,5-3 zwojów, przesuwa się w kierunku stożka cyklonu, natomiast struga wewnętrzna, wirując w tym samym kierunku, przepływa do króćca przelewowego, zwanego kominem cyklonu. Wewnątrz cyklonu gaz podlega ruchowi obrotowemu. Cząstki pyłu zawieszonego w gazie, mając masę znacznie większą niż masa cząsteczek gazu, podlegają działaniu siły odśrodkowej i zostają odrzucone ku ściance cyklonu. Po osiągnięciu jej i po wielokrotnym odbiciu się o nią tracą energię kinetyczną i pod działaniem siły ciężkości opadają w dół do stożkowej części cyklonu, skąd w sposób okresowy lub ciągły zostają odprowadzone na zewnątrz. Gaz pozbawiony znacznej części pyłu wypływa rurą środkową ku górze. Przejście z wiru zewnętrznego do wewnętrznego wytwarza dodatkową turbulencję w dolnej części cyklonu, co stanowi niebezpieczeństwo powtórnego zapylenia gazu. Na jakość rozdzielania w cyklonie wpływa bardzo duża liczba parametrów konstrukcyjnych i procesowych, dlatego projektowanie cyklonów opiera się zwykle na danych doświadczalnych. W nowoczesnych cyklonach istnieje możliwość uzyskania średnicy ziarna 3

4 granicznego rzędu mikrometrów, przy czym sprawność rozdzielania w aparacie maleje wraz ze zmniejszeniem się d d gr. Pomimo prostoty działania i bardzo dużego rozpowszechnienia cyklonów nie opracowano dotychczas w pełni zadowalającej metody ich obliczania. Schemat typowego cyklonu wraz z wielkościami opisującymi jego podstawowe parametry przedstawiono na rys.. Rys.. Schemat cyklonu. Prędkość poruszania się cząstki stałej ku ściance cyklonu będzie stała, gdy siła odśrodkowa będzie równa sile oporu ośrodka. Prędkość tą nazywamy umownie prędkością opadania. gdzie: d - średnica cząstki, p s - gęstość cząstki, u - prędkość liniowa cząstki (prędkość gazu), r - odległość cząstki stałej od osi cyklonu, F - lepkość dynamiczna ośrodka gazowego. d Su u 0 18 r (1) F 4

5 Najmniejsza średnica cząstki pyłu, która powinna pozostać w danym cyklonie, tj. być usunięta ze strumienia gazu, wynosi d 9 F R r n SuR () gdzie: R - promieni cyklonu, r o - promieni rury centralnej w cyklonie, odprowadzającej odpylony gaz, n - liczba zwojów przebytych przez dany element objętościowy gazu w cyklonie. Na podstawie doświadczeń i obserwacji przyjmuje się n = 1,5. Spadek cienienia gazu w czasie przepływu przez cyklon oblicza się w/g z równania u p (3) F gdzie: - współczynnik oporu cyklonu wyznaczany doświadczalnie. Sprawność cyklonu E definiujemy jako stosunek masy pyłu usuniętego z gazu do masy pyłu wprowadzonego ze strumienia gazu do cyklonu. E C C C 1 (4) 1 gdzie: C 1 - stężenie początkowe pyłu w gazie, C - stężenie końcowe pyłu w gazie. Sprawność cyklonów E osiąga wartość w granicach 0,70 < E < 0,85. Zgodnie z równaniem () zmniejszenie średnicy cyklonu wpływa korzystnie na usunięcie cząstek pyłu o coraz mniejszych wymiarach. Tym tłumaczy się fakt, że w przemyśle stosuje się coraz częściej cyklony o małych średnicach, pracujących w systemie bateryjnym. 5

6 4. Stanowisko pomiarowe Rys.3. Schemat stanowiska do badania cyklonu: 1- wentylator; - cyklon; A- pomiar prędkości powietrza;. P- pomiar ciśnienia. 5. Przebieg pomiarów i opracowanie wyników W czasie wykonywania ćwiczenia należy dokonać pomiaru: - prędkości powietrza przepływającego przez cyklon, - masy pyłu dostarczanego do strumienia gazu na wlocie do cyklonu, - masy pyłu usuniętego po przejściu przez cyklon, - spadku ciśnienia na cyklonie. Prędkość powietrza mierzona jest przy pomocy rurki Prandtla, umieszczonej w punkcie pomiarowym A. Po uwzględnieniu wielkości przekrojów należy obliczyć prędkość gazu wpływającego do cyklonu. Spadek ciśnienia na cyklonie odczytuje się bezpośrednio z różnicy wskazań manometru cieczowego. 6

7 W sprawozdaniu należy określić: - współczynnik oporu cyklonu, - sprawność cyklonu E, - spadek ciśnienia gazu w czasie przepływu przez cyklon w zależności od prędkości przepływającego gazu (na wykresie), - rachunek błędów. 5. Literatura 1. M.Serwiński, Zasady inżynierii chemicznej, WNT, W-wa A.N.Płanowski, i inn,. Procesy i aparaty w technologii chemicznej, WNT, W-wa