Циклон

, 1 ил.ь М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) (57) для пото отдел труб 5,вы цевы рубк оиствам азового ивность ому пае сопло с кольым патИзобретение относитсяотделения твердых частиа и позволяет повыситьения. К тангенциальномуу 2 присоединено сверхзходная часть которого вым соплом 6, с входнымм 7 и патрубками подач устрцизгффект входнвуковоолнена газов воды30 35 40 45 50 55 3Изобретение относится к установкам для отделения твердых частиц малых размеров из газового потока за счет действия центробежных сил и может быть использовано в системах очистки дымовых газов, очистки запыленных воздушных потоков,Цель изобретения - повышение эффективности отделения,На чертеже изображен циклон, общий вид. Циклон содержит корпус 1 с тангенциальным входным патрубком 2, выхлопной трубой 3 и выходным штуцером 4. На входном патрубке 2 соосно ему установлено сверхзвуковое сопло 5, выходная часть которого выполнена с кольцевым соплом 6, расположенным перпендикулярно образующей сопла 5, с входным газовым патрубком 7 и патрубками 8 подачи воды. Газовых патрубков 7 может быть выполнено несколько. Ввод воды через патрубки 8 осуществляют в расширяющуюся часть кольцевого сопла вблизи от его критического сечения. Циклон работает следующим образом, В сопло 5 подают под давлением основную часть газового потока с твердыми частицами, При движении по соплу газ непрерывно ускоряется. Интенсивное расширение газа в сверхзвуковой части сопла (за критическимсечением) приводит к быстрому уменьшению температуры газа. Физическое состояние твердых частиц по длине потока характеризуется коэффициентами динамической К==1/, и тепловой 1.= , неТо - Тч 7, - 7 равномерности (То - начальная температура газа с частицами; 1 и 1 - реальные скорости частиц и газа; Ти Т - температуры частиц и газа). Вблизи горловины сопла происходит быстрый разгон газового потока и частицы приобретают запаздывание по скорости и по температуре. Установлено, что для сопла с числом Маха на срезе И=2 запаздывание частиц с диаметром И= 1 мкм составляет у горловины К=0,98, .= 0,85, на срезе К=0,99, .=-0,995, а для частиц с И=6 мкм соответственно К=0,86, 1,= 0,63 и К=0,88, У,= - 0,68. При начальной температуре газового потока То=293 К, массовой доле частиц в потоке 0,3 и д=6 мкм температура у среза сопла понижается до Т= 249 К ( - 34 С). Столь низкая температура частиц позволяет конденсировать влагу, содержащуюся в газовом потоке, на частице происходит нарастание слоя льда и размер частиц растет. Показателем эффективности отделения является разность радиальных скоростей частиц и газа , - 1 = - Хд 2й Х - ( -- поправочный коэффициент нау 2К 5 10 15 20 25 инерционность к закону вязкого сопротивления Стокса; р - плотность частицы; Ф - окружная скорость частиц; ц - коэффициент динамической вязкости газа; Р - расстояние от оси вращения до частицы), которая зависит от д, т. е. при намораживании на частицу слоя льда растут ее диаметр и, следовательно, эффективность отделения твердых частиц из газового потока. Газовый поток через тангенциальный патрубок 2 входит в циклон, закручивается, укрупненные частицы отбрасываются центробежной силой на периферию циклона и ссыпаются по стенкам к выходному штуцеру 4. Газ отводится через выхлопную трубу 3.Так как содержание влаги в газовом потоке может быть малым или вообще отсутствовать, через дополнительное кольцевое сопло 6 в зону среза основного сопла при помощи газового потока впрыскивается в мелкодисперсном состоянии вода, которая и намораживается на твердые частицы. Воду через патрубок 8 подают в кольцевое сопл о, которое и обеспечивает диспергацию воды.Скорость намораживания слоя льда можно определить из известного из теории сопла соотношения рН - =а(Т, - Т) "Ч (Рнйй плотность жидкости; Н - теплота фазовогоЙппревращения жидкости; -- скорость намоЫ раживания; а - коэффициент теплоотдачи от жидкости к частице; т 1 - концентрация жидкости).Коэффициент а можно определить по числу Нуссельта:ф=2 -0 459 Яео,55 Ргозо.Ф н( и число Прадтля Рг=ср - (си 1, - теплоемкость и коэффициент теплопро водности жидкости). Так как в предлагаемой конструкции направление движения жидкости (из кольцевого сопла) практически перпендикулярно направлению основного газового потока, то величина (Р 4 - 7) имеет большое значение. В этих условиях число Яе может достигнуть величины 2000 (для частиц размером до 10 мкм), Для воды число Прадтля Рг=13,7 (при 0 С). Тогда число Нуссельта М=50 - 80, коэффициент а= ( - 5)10, Вт/м К, при этом -- 0,5 - 2) 10т 1 ХЖХ Т, - Т, ), м/с. При концентрации жидкости п=0,1 и разности температур Т - Т,= 50 град скорость намораживания составляет1572706 формула изобретения Составитель С. ГоряйноваРедактор И. Горная Техред А. Кравчук Корректор О. ЦиплеЗаказ 1605 Тираж 464 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР1 3035, Москва, Ж - 35, Рау шская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Йпй- .=(0,02 - 0,1) м/с, т. е. за время прохождения частицы в газовом потоке расстояния 0,1 м (при скорости потока 400 м/с) на частице намораживается слой льда толщиной 20 мкм, а диаметр частицы возрастает на 40 мкм. Практически намораживание происходит на большем пути вплоть до разрушения газового потока при вязком смещении его со средой в циклоне. 10Технико-экономический эффект использования предлагаемого циклона заключается в повышении эффективности отделения твердых частиц из газового потока. Особенно эффективен предлагаемый циклон для отделения мелких (менее 100 мкм) твердых частиц. В циклоне реально можно получить увеличение размеров твердых частиц (за счет наращивания на них слоя льда) в 6 - 7 раз и, так как эффективность отделения завиесит и от размеров частиц во второй степени, то и эффективность отделения повышается в 36 - 50 раз (за показатель эффективности принимаем разность радиальных скоростей частицы и газа). Циклон, содержащий корпус с тангенциальным входным патрубком, выхлопной трубой и выходным штуцером, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности отделения частиц из газового потока, он снабжен установленным на входном патрубке соосно ему сверхзвуковым соплом, выходная часть которого выполнена с кольцевым соплом, расположенным перпендикулярно образующей сверхзвукового сопла, при этом кольцевое сопло снабжено патрубками подачи воды, размещенными в его расширяющейся части около критического сечения.