Циклон

1 Циклон, що складається із циліндроконічного корпусу, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлених частинок, осьової вихідної труби очищених газів і розміщеної під нею СПІВВІСНОІ насадки для розділення зон за пиленого і очищеного потоків, який відрізняється тим, що насадка виконана із 2-4 СПІВВІСНИХ і установлених один під одним трубних елементів різного діаметра так, що їхні діаметри зменшуються зверху вниз 2 Циклон по п 1, який відрізняється тим, що діаметри трубних елементів СПІВВІСНОІ насадки вибрані таким чином, щоб кільцевий зазор між внутрішньою стінкою вихідної труби та зовнішньою стінкою верхнього трубного елемента і кільцеві зазори між аналогічними стінками нижче встановлених сусідніх трубних елементів, а також отвір нижнього торця трубного елемента найменшого діаметра мали однакову площу 3 Циклон по пп 1 та 2, який відрізняється тим, що нижній торець трубного елемента СПІВВІСНОІ насадки найменшого діаметра занурені в конічну частину корпусу на 50-70 % від її висоти, причому кільцеві зазори між вище розміщеними трубними елементами цієї насадки ділять всю глибину занурення насадки від нижнього торця вихідної труби очищених газів на однакові проміжки 4 Циклон по пп 1-3, який відрізняється тим, що кожний трубний елемент до попереднього елемента СПІВВІСНОІ насадки і сама насадка до вихідної труби очищених газів вільно підвішена на двох діаметрально встановлених шарнірах, причому шарніри кожних наступних трубних елементів насадки повернуто в горизонтальній площині на 90 ° 5 Циклон по пп 1-4, який відрізняється тим, що трубні елементи СПІВВІСНОІ насадки частково введені один в одний, а верхній елемент насадки введений у вихідну трубу очищених газів 6 Циклон по пп 1-4, який відрізняється тим, що верхній і нижній торці сусідніх трубних елементів СПІВВІСНОІ насадки, а також верхній торець верхньої труби цієї насадки і нижній торець вихідної труби очищених газів розміщені в одній площині 7 Циклон по пп 1-6, який відрізняється тим, що кожний трубний елемент СПІВВІСНОІ насадки виконаний по всій довжині в формі циліндра 8 Циклон по пп 1-6, який відрізняється тим, що кожний трубний елемент СПІВВІСНОІ насадки в верхній частині оснащений конусом, основа якого стикується з циліндричною частиною цього елемента, причому довжина конуса вибрана рівною 30-50 % від довжини трубного елемента 9 Циклон по пп 1-6, який відрізняється тим, що кожний трубний елемент СПІВВІСНОІ насадки виконаний по всій довжині в формі зрізаного конуса, основа якого повернута вниз 10 Циклон по пп 8 та 9, який відрізняється тим, що менший діаметр конуса кожного трубного елемента СПІВВІСНОІ насадки виконаний рівним найбільшому діаметру сусіднього з ним нижнього елемента цієї насадки, а вказаний діаметр конуса найнижчого із елементів - рівним 50-75 % від діаметра основи конічної частини цього елемента насадки 11 Циклон по пп 1-10, який відрізняється тим, що вихідна труба очищених газів і кожний трубний елемент СПІВВІСНОІ насадки, крім останнього, в нижній частині оснащена повернутим основою вниз додатковим конусом, діаметр якої на 10-20 % більший за діаметр елемента в МІСЦІ пристикування конуса, а довжина цього конуса становить 10-30 % від довжини трубного елемента (О со о о ю 50036 Винахід відноситься до апаратів відцентровогравітаційного очищення запилених газових потоків і може знайти застосування в ХІМІЧНІЙ, харчовій, фармацевтичній і суміжних з ними галузях промисловості, в т ч для відділення високодисперсного дюксиду кремнію Його також можна використати для розділення і класифікації суспензованих потоків на тверду і частково очищену рідку фази Відомий ЦИКЛОН ЛИОТ (аналог) для сепарації або очищення запилених газових потоків, який характеризується низьким коефіцієнтом опору (Е = 2,5 - 6,8, абсолютна величина опору 4 0 - 1 6 0 мм вод ст) і високою загальною ефективністю вловлювання частинок пилу поліфракційного складу (не менше 92% при роботі в одну стадію уловлювання) Циклон складається із циліндро-конічного корпусу з подовженою циліндричною частиною, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлених частинок пилу і глибоко зануреною по осі корпусу вихідною трубою для очищених газів (див Руденко К Г , Калмыков А В Обеспыливание и пылеулавливание при обработке полезных ископаемых - М Недра, 1971 - С 213 215, 218-221) Загальними суттєвими ознаками відомого технічного рішення і винаходу, який заявляється, є те, що циклон складається з циліндро-конічного корпусу, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлених частинок та осьової вихідної труби очищених газів До недоліків конструкції циклону слід віднести недостатню ефективність уловлювання частинок пилу, що мають розмір менше Юмкм Останнє пов'язане з негативною дією зворотного вихору очищених газів, який, піднімаючись вверх до вихідної труби, пригальмовує завихрений потік неочищеного газу, зменшуючи таким чином відцентрову силу, з допомогою якої і досягається, в основному, розділення запиленого потоку Крім того, за рахунок поперечних турбулентних пульсацій і броунівських сил в запиленому і очищеному потоках проходить часткова передача твердих частинок між цими потоками і, в першу чергу, найбільш дрібнодисперсних, розмір яких не перевищує Юмкм Оскільки концентрація частинок в запиленому потоці значно більша ніж в очищеному, то ймовірність передачі частинок пилу від запиленого потоку в сторону очищеного вища, що і приводить до зниження ефективності їх вловлювання циклоном Відома також конструкція циклону, яка за технічною суттю є найбільш близькою (прототипом) до конструкції, що заявляється Цей циклон складається з циліндро-конічного корпусу, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлених частинок пилу, осьової труби очищених газів і установленої під нею співосної насадки, виконаної у вигляді оберненого вверх основою порожнистого перфорованого конуса, встановленого з можливістю осьового переміщення, причому діаметр основи конуса виконують більшим від діаметру труби очищених газів, а останню - циліндроконічної форми так, щоб основа конуса стикувалася з циліндричною частиною труби [див а с СРСР № 87420, кл В04С5/107, 1979] Загальними суттєвими ознаками прототипу і конструкції апарату, що заявляється, є те, що циклон складається з циліндро-конічного корпусу, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлених частинок, осьової вихідної труби очищених газів та розміщеної під нею співосної насадки для розділення зон запиленого і очищеного потоків газу Недоліки цієї конструкції циклону, незважаючи на те, що зворотній вихор очищених газів відділений від зони відстоювання частинок стінкою конічної перфорованої насадки, такі підвищений коефіцієнт опору циклону (на рівні 6,5 - 9), пов'язаний з різким зростанням швидкості газу в отворах перфорації, все-таки недостатня ефективність уловлювання частинок пилу з розмірами менше Юмкм, оскільки останні в зоні отворів перфорації в значній мірі підхоплюються струменями газу, що, як відзначалося вище, характеризуються підвищеною швидкістю, складність виготовлення конічної перфорованої насадки, оскільки застосування сітки для її виготовлення приводить до значного росту коефіцієнту опору циклону, а перфорування шляхом прошивки отворів потребує складного і дорогого обладнання, і на кінець, можливість забивки отворів перфорації продуктами, що здатні до налипання, в зв'язку з чим різко зростає гідравлічний опір циклону і зменшується ефективність уловлювання дрібних частинок В основу винаходу поставлено задачу розробити достатньо просту конструкцію циклону, яка б дозволяла досягати високої ефективності розділення пилегазового потоку з розміром частинок пилу до Юмкм без суттєвого підвищення аеродинамічного (гідравлічного) опору апарату Вказаний технічний результат винаходу, який заявляється, досягається тим, що в циклоні, який складається із циліндрично-конічного корпусу, тангенціального вхідного патрубка, патрубка для виводу вловлюваних частинок, осьової труби очищених газів з співосною насадкою, останню виконують із 2 - 4 співоснох і установлених один під одним трубних елементів різного діаметру, які зменшуються зверху вниз, що дозволяє ВІДДІЛИТИ зони запиленого і очищеного вихорів від контакту між собою і забезпечити виведення очищеного потоку на різних висотах, підтримуючи однакову ефективність розділення по всій висоті циклону Значення діаметрів трубних елементів вибирають таким чином, щоб кільцевий зазор між внутрішньою стінкою вихідної труби очищених газів та зовнішньою стінкою верхнього трубного елементу і кільцеві зазори між аналогічними стінками нижче встановлених сусідніх елементів, а також отвір нижнього торця трубного елементу найменшого діаметру мали однакову площу При цьому нижній торець елементу найменшого діаметру занурюють в конічну частину корпуса циклона на 50 - 70% від и висоти, а кільцеві зазори між вище розміщеними трубними елементами насадки повинні ділити всю глибину и занурення від нижнього торця вихідної труби очищених газів на однакові проміжки Це дозволяє забезпечити рівномірне відведення очищених газів по всій висоті циклона без місцевих 50036 підвищень швидкостей потоків в зонах кільцевих зазорів між елементами насадки і зменшити захоплення дрібних частинок в очищений потік газу Кожний трубний елемент до вище розміщеного елементу насадки і саму насадку до вихідної труби очищених газів вільно підвищують на двох діаметрально встановлених шарнірах, причому шарніри кожної наступної пари елементів насадки повернуті в горизонтальній площині на 90°, що забезпечує самоцентрування насадки відносно основного і зворотного вихорів та дозволяє, за рахунок цього, суттєво (на 25 - 35%) зменшити гідравлічний опір циклона Якщо частинки не мають здатності налипати на стінках конструктивних елементів циклона, то трубні елементи насадки частково вводять один в одного, а верхній елемент насадки вводять у вихідну трубу очищених газів, що сприяє кращому виведенню останніх по висоті циклона за рахунок інжекції тих потоків газу, що проходять через окремі кільцеві зазори, основним потоком зворотного вихору очищеного газу Якщо ж частинки мають здатність налипати, то елементи насадки підвішують таким чином, щоб верхній і нижній торці сусідніх трубних елементів, а також верхній торець вихідної труби очищених газів розміщувались в одній площині, що максимально обмежує можливість забивки кільцевих зазорів пилом Трубні елементи по всій довжині можуть мати або чисто циліндричну, або зрізану конічну, або циліндроконічну форму, причому конус, або конічна частина трубного елементу насадки повернуті основою вниз, що зменшує ймовірність залипання кільцевих зазорів частинками продукту, якщо він має здатність до цього Якщо трубні елементи насадки оснащено конусами зверху, то довжину конічної частини вибирають рівною ЗО - 50, а якщо знизу, то 10 - 30% від довжини трубного елементу Менший діаметр конусного, або верхньої конічної частини циліндро-конічного трубного елементу насадки виконують, при цьому, рівним найбільшому діаметрові сусіднього з ним нижнього елемента, а вказаний діаметр найнижчого із елементів - рівним 50 - 75% від діаметра основи конічної частини цього елементу насадки Для трубних елементів насадки з конічною частиною знизу діаметр основи конуса вибирають на 10 - 20% більшим за діаметр елементу в МІСЦІ пристикування конуса, причому найнижчий із елементів виконується без цієї насадки Вказане співвідношення діаметрів і висот трубних елементів співосної насадки та и окремих елементів забезпечує найефективніше відділення частинок пилу з розміром до Юмкм і виведення очищеного потоку газу із циклону при мінімальному гідравлічному опорі останнього Сукупність приведених вище суттєвих ознак, що заявляються, тобто, що циклон містить співосну насадку із кількох трубних елементів, підвішених до осьової вихідної труби очищених газів, з допомогою яких забезпечується досягнення необхідного технічного результату, а саме - підвищення ефективності відділення пилу з розміром частинок менше Юмкм без значного ускладнення конструкції і росту гідравлічного опору апарату шляхом кращого розділення одна від одної зон осадження частинок і виведення газів із апарата та оптиміза цм і покращення відведення очищених частинок із зони осадження, підтверджує наявність причиннонаслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, який при цьому досягається Конструкція циклона в різних варіантах виконання приведена на фіг 1 - 9 На фіг 1 приведено загальний вигляд циклону із трубними елементами циліндричної форми На фіг 2 приведено вид А (вид зверху) циклона На фіг 3 приведено вузол І шарнірного кріплення елементів насадки між собою для випадку їх часткового вводу один в одного На фіг 4 приведено вузол II шарнірного кріплення елементів насадки між собою для випадку коли протилежні торці суміжних трубних елементів знаходяться в одній площині На фіг 5 приведено загальний вигляд насадки, виконаної з трубних елементів циліндро-конічної форми На фіг 6 приведено загальний вигляд насадки, виконаної з трубних елементів конічної форми На фіг 7 приведено загальний вигляд насадки, виконаної з трубних елементів циліндричної форми, оснащених в нижній частині конусами На фіг 8 приведено загальний вигляд насадки виконаної з трубних елементів циліндро-конічної форми, оснащених в нижній частині додатковими конусами На фіг 9 приведено загальний вигляд насадки, виконаної з трубних елементів конічної форми, оснащених в нижній частині додатковими конусами Циклон складається із циліндро-конічного корпусу 1, в верхній частині якого по дотичній до його циліндричної частини змонтовано тангенціальний вхідний патрубок 2 прямокутної форми для введення запиленого газу плоским потоком Це необхідно для забезпечення оптимального поля швидкостей на вході в циклон і в його циліндричній частині Знизу конічної частини корпуса, по осі, циклон оснащено патрубком 3 для виводу вловлених частинок продукту (пилу), а зверху осьовою вхідною трубою 4 очищених газів, яка проходить через спіральну кришку 5 До вхідної труби 4 на двох діаметрально розміщених шарнірах 6 підвішена співосна насадка висотою Н нс і глибиною занурення в конус корпусу і циклона Нз, яка складається із 2 - 4 трубних елементів 7 циліндричної, конічної або циліндро-конічної форми різного діаметру і довжиною НЄі, яка рівна Ннс/п, де п- КІЛЬКІСТЬ трубних елементів насадки Глибина занурення Нз насадки складає 50 - 70% від довжини конуса Нк корпусу і циклона, а діаметри елементів 7 співосної насадки підбирають такими, щоб площі Fk кільцевих зазорів 8 та отвору 9 нижнього торця трубного елементу 7 найменшого діаметру були рівними На аналогічного розміщених шарнірах 6 підвішені один до одного також і окремі трубні елементи 7, причому шарніри ПІДВІСКИ КОЖНОГО наступного елемента насадки повернуто в горизонтальній площині на 90° ,що забезпечує самоцентрування елементів насадки відносно осі циклона і осі вихору газів при прецесії останнього Кожний 50036 шарнір складається із втулки 10 і осі 11 Осі 11 шарнірів 6 у випадку, коли трубні елементи 7 частково введенні один в одного, кріпляться безпосередньо в стінках елементів 7 та спеціальних приварних втулках 12 тоді, коли торці сусідніх трубних елементів 7 розміщують в одній площині Трубні елементи 7 циліндро-конічної форми можуть мати або верхні 13, або нижні 14, або одночасно верхні та нижні 13 і 14 конуси Нижній конус 14 може бути встановлений і на осьовій ВИХІДНІЙ трубі 4 Довжина Н в верхнього конуса 13 повинна становити ЗО 50%, а довжина Нн нижнього конуса - ВІДПОВІДНО, 10 - 30% від довжини окремих трубних елементів, або відстані НЄі між сусідніми кільцевими зазорами 8 Менший діаметр DB конуса трубного 7 конічної насадки, або верхнього конуса 13 циліндроконічної насадки повинен бути рівним діаметру основи конуса Do сусіднього з ним нижнього елемента 7, а діаметр основи DH нижніх додаткових конусів 14 окремих елементів такої насадки повинен бути більшим на 10 - 20% за Do Менший діаметр конуса DBH найнижчого із трубних елементів 7 повинен становити 50 - 75% від діаметра його основи Do Працює циклон так Запилені гази в середину циліндричної частини корпуса 1 циклона поступають тангенціальне плоским потоком по вхідному патрубку 2 прямокутного перерізу, що формує оптимальне поле швидкостей на вході в циклон, і, описуючи спіраль, опускаються в конічну частину корпусу При цьому частинки пилу чи продукту, відкинуті до стінок корпусу 1 відцентровими силами, поступають в патрубок 3 і виводяться з циклону, а очищені гази через кільцеві зазори 8 між підвішеними на шарнірах 6 окремими трубними елементами 7 співосної насадки та через отвір 9 нижнього торця нижнього елемента 7 у вигляді зворотного вихору, сформованого з окремих завихрених потоків поступають в осьову вихідну трубу 4 очищених газів і також виводяться із циклону Оскільки середні діаметри кільцевих зазорів 8 і отвору 9 різні при однаковій площі їх поперечних перерізів, то при однаковій поступальній швидкості всіх завихрених потоків, швидкості обертання їх різні, що сприяє розкручуванню зворотного вихору і приводить до зменшення гідравлічного опору циклону за рахунок зменшення відносної швидкості потоку відносно стінок трубних елементів 7, вихідної труби 4 та газоходів, під'єднаних до останньої Стінки трубних елементів 7 надійно ВІДДІЛЯЮТЬ зону запиленого потоку від зворотного вихору очищених газів Між ЦИМИ потоками, при таких умовах, відсутня взаємодія турбулентними пульсаціями, що виключає можливість підхоплювання вже відстояних частинок в очищений потік газів і підвищує ефективність відділення продукту, і в першу чергу, за рахунок частинок найменшого діаметру, на які в значній мірі впливають такі пульсації, броунівські та кулонівські сили Перехресне (під кутом 90°) розміщення шарнірів 6, з допомогою яких трубні елементи 7 співосної насадки підвішені один до одного і до осьової вихідної труби 4, сприяє самоцентруванню насадки відносно осі циклона і відносно осі зворотного вихору очищених газів при прецесії останнього, що 8 дозволяємаксимально зменшити гідравлічний опір циклона Результати промислових випробувань процесу відділення високодисперсного дюксиду кремнію від газового потоку інших продуктів високотемпературного гідролізу чотирьох хлористого кремнію в циклонах різної конструкції, виконаних на базі циклона типу ЛИОТ діаметром 0,5м, розмірами вхідного патрубка 16 х 250мм, діаметром вихідної труби 120мм, глибиною її занурення в циліндричну частину на 7 1 % і висотою останньої 0,8м (Нц = 1,4ЮЦ), приведені в табл 1 - 4 Розхід запилених газів при температурі 180 - 200°С складав 215 3 220м /год, концентрація продукту в запиленому потоці становила 390 - 400г/м Фракційний склад продукту вихід фракції 0 - 5мкм становив 4,5 4,7мас %, фракції 5 - Юмкм - 6,7- 6,9мас %, фракції 10 - 20мкм - 83,2 - 83,5мас %, фракції 20 ЗОмкм - 5,1 - 5,5мас % Продукт пухкий, здатний до налипання на конструкційних елементах циклону і газоходів, частинки продукту агрегатовані із дрібніших і мають форму об'ємних сніжинок, які при терті між собою і з конструктивними елементами циклону можуть руйнуватися з утворенням більш дрібнішого продукту, який гірше ВІДДІЛЯЄТЬСЯ від газового потоку Приведені в табл 1 - 3 результати випробувань, показують, що запропонований тип насадки, яка складається з трьох трубних елементів, в порівнянні з відомими конструкціями, дозволяє на 40 47% збільшити ефективність вловлювання частинок аеросилу розміром 0 - 5мкм і на 1,2 - 3,7% частинок розміром 5 - Юмкм при незначному збільшенні вловлювання крупніших фракцій продукту За рахунок цього загальна ефективність вловлювання продукту в одиночному циклоні, незалежно від запропонованої форми трубних елементів, зростає на 2,5 -3,2% і перевищує 95% при рості гідравлічного опору всього на 1-2 кг/м2, в той час як для прототипу гідравлічний опір був майже в 2 рази більшим і досягав 78кг/м2 проти 40кг/м2 для типового циклону ЛИОТ без насадки Від цього також залежить величина коефіцієнту гідравлічного опору, яка для циклону з насадкою із трубних елементів майже співпадає з коефіцієнтом гідравлічного опору типового циклона Останній визначали із залежності Ф = 2gH/v2, де g - прискорення земного тяжіння, Н - гідравлічний опір циклону, v - швидкість запиленого потоку на вході в циклон Крім того запропонований тип насадки характеризується суттєво меншим налипанням продукту ніж це має місце для прототипу, особливо при варіанті підвішування елементів насадки без їх часткового введення один в одного і при виконанні елементів насадки з верхніми і нижніми конусами Для насадки з іншою КІЛЬКІСТЮ трубних елементів результати випробувань циклона представлені в табл 4, які показують, що існує екстремальна залежність більшості технологічних показників роботи циклона від числа трубних елементів циліндричної форми і найкращі показники досягаються для п в межах 2 - 4 Аналогічна залежність має місце і 50036 для інших форм трубних елементів (тільки степінь залипання щілин в них значно менша) і приблизно відповідає показникам, які приведені в таб 2 та З Взагалі найкращі технологічні результати роботи циклона досягнуті для сукупності вказаних в описі винаходу меж зміни основних геометричних і розмірних його параметрів, що підтверджує наявність причинно - наслідкового зв'язку між суттєвими ознаками винаходу і технічним результатом, який при цьому досягається 10 Таблиця 2 Ре-іуіьтата випробувань циїлону ТИПУ ЛИОТ з насадкою п цшшдро конічних трубних елементів різкого виконання (гтабина занурення насадка -50 %) Стелінь Бик онамня Розмір Вихід Ефект Гідр Коеф зали насадки циклону }* частин, продук улов опір пдр пання % МЙМ продук опору _ _ _ . „ ТУ ту % мас % 42 55 16 20 75 0 30 100 9*92 41 147 0 30 95 93 то МІ 0 30 95% 41 13,1 10 0 j48 0 30 95 45 42 ПІ зо 10 0 35 ,3 0 30 95,94 43 10 ьо 10 0 j« 0 З О _ ш о _ . 95 91 43 зо 12 8 36 4 40 95J6 41 12 5 100 _ _ _ _ _ _ __^ 95 95 41 12 3 100 0 30 95 90 40 60 то 123 3 40 ЗО)'*