Способ сепарации дисперсной фазы от потока газа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических республик (щ980849 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— э (22) Заявлено 20.03. 81(2т) 3264433/23-26

Р }М Кп з с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетВ 04 С 1/00

Государственный комитет

СССР но. делам изобретений и открытий

Опубликовано 15,1282. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 15.12.82

}И} УДК621. 928..93 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.È.Áóðîâ и Е.A.Åñååâ

1 (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

0Т ПОТОКА ГАЗА

Изобретение относится к технике разделения 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, IIo которому очищаемую дисперсную систему подают в зону сепарации и закручивают ее с помощью ротора (11.

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 (2).

Однако данный способ не может

5 достичь наилучшей эффективности очистки дисперсионной среды иэ-эа равенства вращательной скорости ротора и окружной составляющей скорости пограничного слоя системы и вследствие того, что в процессе сепарации часть потока, несущего наиболее тонкие фракции, не подвергается повторной очистке.. Кроме того, это лишает сепарационный процесс важного качества устойчивости.

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 турi

98.0849 булентности потока, а не исключитель. но существонанию пограничного слоя.

Кроме того, неоднородность поля давлений и пограничный слой как результаты нязкостных сил — явления н известном смысле независимые„ т.е. 5 влияя друг на друга при совместном действии, могут существовать одно без другого.

Целью изобретения является повышение степени сепарации и ее стаби- 10 лиэ ации .

Поставленная цель достигается пем, что обечайку вращают со скоро стью в 1,5-2,0 раза превышающей скорость потока после статического закру15 чивателя.

Периферийную часть потока на выходе иэ обечайки направляют на ее вход.

Отделяемая частица вследствие касательного удара о внутреннюю поверхность ротора приобретает быстрое вращение, возникает поперечная сила, Жуковского, увлекающая частицу к центру зоны сепарации, в дальнейшем такая частица выносится с очищенной средой (вторичный унос).

При вращении ротора с одинаковой, что и окружная составляющая пограничного слоя, скоростью эффект силы

Жуковского и вторичных течений (гра-. диент поля давлений) до некоторой степени сводится к нулю, и только вращая ротор с более высокой (в 1,52,0 раза), чем окружная составляющая пограничного слоя, скоростью можно З5 достичь наиболее благоприятного для сепарации условия, когда и поперечная сила Жуковского и градиент поля давлений не исчезают, как это имеет место для случая прототипа, а просто 49 меняют направления действий на прямо противоположное и уже не увлекают частицу к центру зоны сепарации, а напротив прижимают и таким образом, удерживать отсепариронанную частицу на внутренней поверхности ротора.Это весьма важно для эффективной сепарации как грубых, так и тонких фракций, поскольку частицы, раз достигшие границы осаждения (ротора), уже никак не могут покинуть ее и попасть тем

cBMblM во нторичный унос.

Рециркуляция части дисперсной систеьы имеет то достоинство,что сепара.ционный процесс благодаря ей делает ся замкнутым и тем самым технологически устойчивым, чем сводятся к минимуму вредные для сепарации колебания аэродинамических и сепарационных характеристик.

На чертеже изображен сепаратор1 60 реализующий данный способ.

Сепаратор содержит ротор 1, выполненный н вице полого цилиндра, установленного на подшипниках 2 в опорах 3, закрепленных на внутренней стенке,gg 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 нерхнего оснований ротора.

Входной патрубок заканчивается неподвижно установленным занихрителем

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 н следующем.

Дисперсную систему, движущуюся

1 о 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 н 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 беэотрынное 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 система, 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, продолжающие витать в несущей среде, через кольцевое пространОтво ° образованное внутренней стен кой нижнего основания ротора и входным патрубком б, рециркуляциоиным потоком вновь нозвращавтся в зону активной сепарации, где подвергается дальнейшей сепарации и т. д.

980849

Лабораторные испытания проводят на сепараторе со следующими техникоконструктивными данными: ротор, вы:полненный в виде полой тонкостенной оболочки (цилиндра) с радиусом основания 0,09 и, высотой 0,65 м, кор5 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, 1ц

"завихряющая 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- 20 ка (максимальная производительная способность 1100 иб/ч), шнековый пы- лепитатель с зубчатым редуктором (максимальная производительная способность 100 г/мин), измерительные 25 приборы: U-образные жидкостные (дистиллированная вода) манометры со шкалой деления 800 мм вод. ст., реометр с поворотной диафрагмой, вольтметр, весы аналитические, ртутные термомет";щ ры, психрометр с двумя термометрами типа Гинцветмета, барометр, секундомер, дисперсным материалом служила угольная пыль.

В

Методикой испытаний предусмат" 35 ривается 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 окружной составляющей скорости пограничного слоя потока (2) исследование аппарата при отсутствии рециркуляции части потока (3); исследование аппарата при наличии рециркуля- 45 ции (4) .

Во всех случаях работы сепаратора оценивают величины степени сепарации, а затем вычисляют абсолютные разности этих величин для соответствующих Я1 вариантов испытаний. Результаты испытаний и значения характеристических . йараметров, при которых они получены, сведены в таблицу. установленные абсолютные раэности степени сепарации = 21,3% и

12,6% 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 M/с, величина we 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%у 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 система, так как при этом полностью устраняется вторичный укос частиц.

980849

НС3 Х1

O Id O 9 4 d;

13OadOI 9Х а, х х o v 5

С%3

%!

СЧ

1 Д 1

1 х.е !1» ad

I 9аен

1 3» Ф ad ероха

1 3 % 9 ad

1и O5И

Р ) с

СЧ

СЧ

Г ) С5

С3%

%-3

I

I

С0 а

%%Ъ

gfl

%-!

СО С0 %С!

М Ф Ф

%-! СЧ %-%

О\ О\ Ch

%"! %-3 Н с3 о в ъ с Ь

С0 33% Ф

%0 СС3 33

%% н %-!

° э г о

° Ь Ь

00 СЧ СЧ

С3% Ch н н! ха 4! ма

130Х9! охиЕ цеиой

13,хани

O С

%-! %Р

° Ф %Р

%-3 %-!

1

1хоо е 30493" о о о н %! %%

1 ИМOХX ! нхо1O 3%4

I 9OВО

1 Я Х Ц 3: о о о

%-3 Н %-! о о о

3-% Ч.о о

%-% %-%! 1 9 1

I 333 о а ! 1

ad Х Bà 1

КХ Х! НОО

О Ха хыu 4О

9Х Х ЧХа3ОЕ 491 аохехоеаоехох1

О НЕХАО М ННХО1 хeuециеоеяuyн! о

В с и %! %-Ф

m r an с ъ Ь

%1%1%1 о О0

» М Ю

СЧ Н %-!

° э о а с в

%-3 (Ч СЧ

1 Д н х а х

O X Pt Cd К О

ОЕХО9 . ! аgx 0 z

1ОМЦОЕ

13Са.Х9©

I U Х о о о.

М » »

СЧ C%3 СЧ о о о

М » Ь (Ч СЧ СЧ

О С0

» М М

;! СЧ СЧ

Х0" о

d:3dIdox339О

33 ad 9 O dI " 3C.! íцааоои! аояo, 3 н хoхи ооо

ОО3:uхх4

О С 3 с н н % !

Н СЧ С%3 ъ ъ с

%% %%

C%I Q Н с с

%-! %-3 д н

"I мн

К О ж 3 3 а О

oхо еон

133ао„"хИ аIco9

О V И Х 33

Ch Ch %3% с с

СЧ СЧ СЧ

СЧ СЧ СЧ

О% ОЪ Ch с с

СЧ СЧ СЧ (Ч СЧ СЧ

0% Ch Ch а

СЧ СЧ СЧ

C%1 СЧ СЧ

Ch Ch 0%

СЧ СЧ СЧ

СЧ СЧ СЧ

I Х оноххх

1ахоцох

1ИМХОхх

° 3!

1 1

СЧ СЧ СЧ

1 (1 е

1 3

° 1 333

-а н дх9 о о о о о о

СЧ C%3 СЧ

1 !

3 о о о о о о

СЧ СЧ СЧ о о о о о о

СЧ СЧ СЧ о о ь о о о

СЧ СЧ СЧ

1 Е

I 9 3:3 1 ! цхомс ! О, "Х3".И

1 Хй!3!И ! um n

I dIO9 ! аIdxdIa

1 I М

3х 3 х

1ан 3» х 333 х О п3 ! 333 dI Х Н о о о о о о

ao ao ю о о о о о о

%0 %0 aD о о о о о о

%О %0 %0 о о о о о о 33 Ю Ю!

1

1 ! ,I

9

1 Е 1 хе !

1 е 9

I Q, Х

1 О С3

О,Х 4 о х х е х

Х 3., 3» х,ц х х хх

9 td

Р н е 3 н с.

1! !

I

1

1 — -I о со в с н о

С3% с Ь о о

980849

Формула изобретения

Составитель В. Апарин

Техред A.A÷ Корректор A. Ференц

Редактор И. Иитровка

Закаа 9547/11 Тирам 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ сепарации дисперсной фазы от потока газа, включающий ридание потоку вращательного движения статическим эакручивателем и направление потока внутрь вращающейся цилиндрической обечайки вдоль ее оси, отличающийся тем, что, с целью повышения степени сепарации и ее стабилизации, обечайку вращают со скоростью, в 1,5-2 раза превышающей скорость вращения потока после статического закручивателя.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что.периферийную часть потока на выходе из обечайки

5 направляют на ее вход.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 425635, кл..В 01 D 45/14,28.10.71, 10 2.Патент ГДР 969505,кл.50 е 2/50, опублик. 20.10.69.