Способ сепарации дисперсной фазы от потока газа

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихреспублик щ 980849М. Кл.з с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетВ 04 С 1/00 Государственный комитет СССР но. делам изобретений и открытийОпубликовано 15,1282. Бюллетень Мо 46 Дата опубликования описания 15, 12. 82 53) УДК 621. 928,.93 (088.8)(54) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ОТ ПОТОКА ГАЗАИзобретение относится к технике 1 раэделения дисперсных систем,преимущественно тонкодисперсных, и может быть использовано в отраслях промышленности, где требуется извлекать иэ дисперсионных сред весьма тонкие взвеси, т.е. такие, чьи условные диаметры составляют 100 мк и менее. Известен способ отделения дисперс ной фазы от дисперсионной среды, по которому очищаемую дисперсную систе- му подают в зону сепарации и закручивают ее с помощью ротора 1.Однако известный способ отделения дисперсной Фазы не устраняет вторичного уноса частиц, существенно понижающего степень сепарации, а вследствие того, что отделенная и обогащенная твердой Фазой часть системы не подвергается дальнейшей очистке, способ не обеспечивает устойчивость сепарационному процессу и, как след-, ствие, не позволяет избежать нежелательных колебаний аэродинамических и .сепарационных характеристик. Известен также способ отделения дисперсной фазы, включающий придание .потоку вращательного движения статическим эакручивателем и направление потока внутрь вращающейся цилиндрической обечайки вдоль ее оси 21.Однако данный способ не может 5 достичь наилучшей эффективности очистки дисперсионной среды иэ-за равенства вращательной скорости ротораи окружной составляющей скорости пограничного слоя системы и вследствиетого, что в процессе сепарации частьпотока, несущего наиболее тонкИеФракции, не подвергается повторнойочистке Кроме того, это лишает сепарационный процесс важного качестваустойчивости.Равенство вращательнсй скорости ротора и окружной составляющей скорости пограничного слоя системы хотя и влечет стирание пограничного слоя, как следствие, ослабление отрицательных для сепарации явлений, сопутствующих образованию пограничного слоя(рост. профильного сопротивления, эффект Магнуса, подъемная сила и т.д но отнюдь не устраняет вторичные течения полностью и обусловленного ими вторичного уноса, так как вторичные токи обязаны своим происхождением в значительной мере неоднородности поля давлений сепарируемой дисперсной системы как следствию общей тур 980849булентности потока, а не исключительно существованию пограничного слоя.Кроме того, неоднородность поля давлений и пограничный слой как результаты вязкостных сил - явления в известном смысле независимые т,е. 5влияя друг на друга при совместномдействии, могут существовать однобез другого,Целью изобретения является повышение степени сепарации и ее стабилиэации.Поставленная цель достигаетсяЬем, что обечайку вращают со скоростью в 1,5-2,0 раза превышающей скорость потока после статического закру 15чивателя.Периферийную часть потока на выходе иэ обечайки направляют на еевход.Отделяемая частица вследствиекасательного удара о внутреннюю поверхность ротора приобретает быстроевращение, возникает поперечная сила,Жуковского, увлекающая частицу кцентру зоны сепарации, в дальнейшемтакая частица выносится с очищенной средой (вторичный унос).При вращении ротора с одинаковой,что и окружная составляющая пограничного слоя, скоростью эффект силыЖуковского и вторичных течений гра-.диент поля давлений) до некоторойстепени сводится к нулю, и тольковращая ротор с более высокой (в 1,52,0 раза), чем окружная составляющаяпограничного слоя, скоростью можно 35достичь наиболее благоприятного длясепарации условия, когда и поперечная сила Жуковского и градиент полядавлений не исчезают, как это имеетместо для случая прототипа, а просто 40меняют направления действий на прямо противоположное и уже не увлекаютчастицу к центру зоны сепарации, анапротив прижимают и таким образом,удерживать отсепарированную частицуна внутренней поверхности ротора.Этовесьма важно для эффективной сепарации как грубых, так и тонких фракций,поскольку частицы, раз достигшие границы осаждения (ротора), уже никакне могут покинуть ее и попасть темсаьым во вторичный унос.Рециркуляция части дисперсной систеьы имеет то достоинство,что сепара,ционный процесс благодаря ей делает 1 ся замкнутым и тем самым технологически устойчивым, чем сводятсяк минимуму вредные для сепарации колебания аэродинамических и сепарационныххарактеристик.На чертеже изображен сепаратор 1 60реализующий данный способ.Сепаратор содержит ротор 1, выполненный в вице полого цилиндра, установленного на подшипниках 2 в опорах3, закрепленных на внутренней стенке,5 цилиндрического корпуса 4. К нижнему основанию корпуса прикреплена коническая обечайка 5, через боковую поверхность которой к ротору подведен входной патрубок б, а выходной патрубок 7 вместе с крышкой 8 примыкает к верхнему основанию корпуса. Внутренние концы входного и выходного патрубков коаксиально с зазором установлены внутри ротора со стороны соответственно нижнего и верхнего оснований ротора.Входной патрубок заканчивается неподвижно установленным завихрителем 9, Ротор соединен с внешним приводом 10 ременной передачей 11. Зона активной сепарации 12 образована внутренней частью ротора.Способ отделения дисперсной .фазы, преимущественно тонкой,от дисперсионной среды заключается в следующем.Дисперсную систему, движущуюся ю входному патрубку б, закручивают авихрителем 9 и подают внутрь полого ротора 1 в зону активной сепарации 12. Ротору с помощью привода 10 и ременной передачи 11 придают вращение, причем угловую скорость ротора устанавливают в 1,5-2,0 раза выше окружной составляющей скорости пограничного слоя системы.На всем пути, начиная от завихрителя, взвешенные частицы испытывают действие центробежных сил, и по мере дальнейшего продвижения к выходу иэ зоны активной сепарации, приближаются к внутренней поверхности осаждения ротора. Частицы, достигшие внутренней поверхности ротора, транспортируемые движущей силой потока, продолжают беэотрывное движение по ней, так как скорость вращения ротора больше скорости вращения потока после статического закручивателя в 1,5-2,0 раза, что предупреждает вторичный унос частиц. Таким образом, дисперсная система, достигая выходного патрубка 7 расслаивается и очищенная часть дисперсионной среды по выходному патрубку 7 устремляется наружу. Другая часть системз, обогащенная дисперсной фазой, попадает в кольцевое пространство между корпусом 4 и ротором, и под действием сил тяжести и частично инерции, твердая Фаза окончательно отделяется от несущего потока и оседает на дно конической обечайки 5"Неуспевшие осесть наиболее мелкие фракции, цродолжающие витать в несущей среде, через кольцевое пространотво, образованное внутренней стен кой нижнего основания ротора и входным патрубком б, рециркуляциоиным потоком вновь возвращается в зону активной сепарации, где подвергается дальнейшей сепарации и т. д.Лабораторные испытания проводят на сепараторе со следующими технико. конструктивными данными: ротор, выполненный в виде полой тонкостенной оболочки (цилиндра) с радиусом основания 0,09 и, высотой 0,65 м, кор 5 пус - соосный с ротором полый цилиндр с радиусом 0,115 м и высотой 0,75 м; крышка с выходным патрубком радиуса 0,05 м, сборник с входным патрубком радиуса 0,05 м, направляющая розетка, 10 эавихряющая способность которой равна 1/5.Целью испытаний является оценка, влияния фактора более быстрой закрутки ротора по сравнению с окружной 15 составляющей скорости пограничного слоя потока и фактора рециркуляции на величину общей степени сепарации .Испытания проводят на стендовом оборудовании: вентиляционная установ ка (максимальная производительная способность 1100 иб/ч), шнековый пы- лепитатель с зубчатым редуктором (максимальная производительная способность 100 г/мин), измерительные 25 приборы: У-образные жидкостные (дистиллированная вода) манометры со шкалой деления 800 мм вод. ст., реометр с поворотной диафрагмой, вольтметр, весы аналитические, ртутные термомет" р ры, психрометр с двумя термометрами типа Гинцветмета, барометр, секундомер, дисперсным материалом служила угольная пыль.методикой испытаний предусматривается исследование аппарата для случая, когда скорость вращения ротора и окружная составляющая скорости пограничного слоя потока равны (1); исследование аппарата для случаев, когда скорость вращения ротора выше 4 О окружной составляющей скорости пограничного слоя потока (2) исследование аппарата при отсутствии рециркуляции части потока (3); исследование аппарата при наличии рециркуля ции (4) .Во всех случаях работы сепаратора оценивают величины степени сепарации, а затем вычисляют абсолютные разности этих величин для соответствующих 50 вариантов испытаний. Результаты испытаний и значения характеристических,йараметров, при которых они получены, сведены в таблицу.установленные абсолютные раэности степени сепарации ц = 21,3 и12,6 позволяют эаключить, что вращение ротора со скоростью, превышающей окружную составляющую скорость пограничного слоя потока в 1,5-2,0 раза (число оборотов ротора, которым отвечает наивысшая степень сепарации) колеблется в пределах 180-210 об/мин, что соответствует в единицах враща. тельной скорости ротора 1,5-1,9 м/с, величина же окружной составляющей скорости пограничного слоя потока 0,7-1,2 м/с и рециркуляция части дисперсной системы, выделенной в процессе сепарации, действительно способствуют повьааению степени сепарации. Кроме того, установлено, что дальнейшее увеличение вращательной скорости ротора, т.е. когда величина последней превосходит значение окружной составляющей пограничного слоя более чем в 1,5-2,0 раза, не только не вызывает увеличения степени сепарации, но напротив,с некоторого момента (примерно когда это превышение кратно 3) наблюдается ее снижение; иэ рассмотрения величин уловленной пыли (способ 3 и 4) видно, что первые отличаются большим разбро-, сом значениИ, чем вторые, и значит рециркуляция иа самом деле способствует также и целям стабилизации процесса.Рециркуляция части потока, содержащего наиболее тонкие фракции, повышает величину степени сепарации на 5-10; мельчайшие взвеси, не успевшие отдедиться от несущей среды за полный цикл процесса, рециркуляционным потоком вновь возвращаются в зону активной сепарации, где претерпевает дальнейшее отделение. увеличение степени сепарации на 15-20 достигается и тем, что ротор закручивается с вращательной скоростью в 1,5-2,0 раза большей окружной составляющей скорости пограничного слоя систеваю, так как при этом полностью устраняется вторичный укос частиц..о о н н1Ю 1доа1кж жносо ха хио сое х ж чфжа:ое 1 юаожежоюаоехох 1о нБжыфж ннжо 1жеоецоеоаяон 1 о сс с н нн01 О О сс фЧ ф фф Чж онож 3 ы ажоцож ийхохх"ож же жжид жфц жж жх Р н е 3 ндо о о нсн о111всо о1980849 10 Формула изобретения Составитель В. АпаринРедактор И. Митровка Техред А.Ач, Корректор А Ференц тираж 619 рственног обретений Ж, Ра 547/11 ВНИИПИ Госу по делам113035, МосквПодписноеомитета СССРоткрытийкая наб. д. 4/5 ка лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 1. Способ сепарации дисперсной фазы от потока газа, включающий придание потоку вращательного движения статическим эакручивателем и направление потока внутрь вращающейся цилиндрической обечайки вдоль ее оси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени сепарации и ее стабилизации, обечайку вращают со скоростью, в 1,5-2 раза превышающей скорость вращения потокапосле статического закручивателя.2, Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что.периферийнуючасть потока на выходе из обечайки5 направляют на ее вход.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРВ 425635, клВ 01 Р 45/14,28,10.71,10 2.Патент ГДР 969505,кл.50 е 2/50,опублик. 20.10,69.