ROZDZIELANIE

MIESZANIN

NIEJEDNORODNYC

H

ROZDZIELANIE

MIESZANIN

NIEJEDNORODNYC

H

Wiadomości wstępne

Wiadomości wstępne

Mieszaniny niejednorodne są to układy złożone z dwu
lub więcej faz, np. ciecz i ciało stałe, gaz i ciecz.

W wielu gałęziach przemysłu spożywczego mieszaniny
niejednorodne,

występujące

w

toku

procesu

technologicznego poddaje się rozdzielaniu. Pyły i dymy
rozdziela się w odpylaczach i filtrach. Proces ten nosi
nazwę

odpylania.

Zawiesiny

rozdziela

się

w

odstojnikach, filtrach, wirówkach, separatorach i
hydrocyklonach. Emulsje rozdziela się w separatorach,
pianę w odpieniaczach i hydrocyklonach. Wybór
metody rozdzielania układów niejednorodnych zależy
głównie od rozmiarów oddzielanych cząstek i bardzo
często zależy od względów technologicznych.

ODPYLANIE

GAZÓW

ODPYLANIE

GAZÓW

Wiadomości wstępne

Wiadomości wstępne

Odpylanie

jest to usuwanie ciała stałego traktowanego jako pył,

z gazu (najczęściej z powietrza).

Urządzenia służące do odpylania –

odpylacze

.

Cele odpylania:

a) usunięcia pyłu z powietrza i polepszenia warunków

zdrowotnych (najbardziej szkodliwe cząstki d

0

< 1m),

b) odzyskania pyłu jako cennego produktu,

c) usunięcia pyłu jako czynnika działającego szkodliwie na

przebieg procesu technologicznego,

d) usunięcia pyłów ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu i

pożaru (niektóre pyły przy odpowiednim stężeniu tworzą
mieszaninę wybuchową).

Metody odpylania

Metody odpylania

Podział metod odpylania:

Metody suche:

 wykorzystanie siły

ciężkości

– komory odpylające,

 wykorzystanie siły

odśrodkowej

(bezwładności)

– cyklony,

multicyklony,

odpylacze

inercyjne, itp.,
odpylanie gazów na

przegrodach filtracyjnych

– filtry workowe,

 wykorzystanie sił

pola elektrycznego

lub

akustycznego

–

elektrofiltry,
odpylacze akustyczne.

Metody mokre

usuwanie pyłu

za pomocą mgły

– odpylacz Strodera,

usuwanie pyłu

za pomocą cieczy

– płuczki, skrubery, aparaty

pianowe itp.

Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Są to urządzenia najstarsze, ich skuteczność odpylania jest
niewielka, ale posiadają jednak małe opory przepływu. Stosowane
są zwykle do wstępnego odpylania gazów.

Zasada działania polega na osiadaniu cząstek pyłu na dnie
komory przy poziomym przepływie gazu przez komorę. Aby
zachodziło osadzanie cząstek pyłu na dnie komory, prędkość
przepływu powinna być dostatecznie mała. Komory działają
sprawnie dla cząstek o prędkości opadania większej od 0,02m/s
(cząstki większe od 50m) przy prędkościach przepływu

mniejszych od 1m/s.

Opory przepływu dla komór bez przegród wynoszą 200500Pa, a

dla komór z przegrodami do 1000Pa. Zapotrzebowanie mocy
wynosi 0,050,3kW. Komory osadcze stalowe mogą być

stosowane do wstępnego odpylania gorących gazów o temp. do
300°C. Przy wyższych temperaturach stosuje się komory
wykładane ceramiką.

Komory osadcze – komora

Howarda

Komory osadcze – komora

Howarda

Komora osadcza

Komora Howarda wyposażona jest w szereg równolegle poziomo
ułożonych półek, oddalonych od siebie o małą odległość (h=50-100mm).
Powoduje to lepszą efektywność odpylania w porównaniu ze zwykłymi
komorami osadczymi oraz małe opory przepływu (do 500Pa). Kłopotliwe
jest oczyszczanie poziomych półek na których osiada pył. Przeprowadza
się je okresowo zgarniając pył do dna, do przenośnika ślimakowego.

Cząstki pyłu są wprowadzane do komory,
stanowiącej
prostokątną skrzynię. W dnie skrzyni są
umieszczone stożkowe zbiorniki, do których
opadają cząstki pyłu. Ich oddzielenie będzie
możliwe wtedy, gdy czas przepływu gazu
przez komorę będzie większy od czasu
opadania cząstek.

Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Różne typy komór osadczych

a) 1 – dopływ gazu zapylonego, 2 – wylot gazu odpylonego, 3 – komora

osadcza

b) 1 – dopływ gazu zapylonego, 2 – wylot gazu, 3 – przegrody, 4 – komory

osadcze

Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Rozpatrzmy jedną odległość międzypółkową o wysokości

h.

Długość komory osadczej

L

powinna być taka, aby zawieszona w

gazie cząstka opadła na dolną półkę. Dlatego czas przepływu



p

przez komorę powinien być równy (lub większy) czasowi osiadania
(opadania)



o

.

o

p







Czas przepływu przy założonej długości komory L wynosi

 

s

u

L

p





Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Czas osiadania przy założonej odległości pomiędzy półkami h[m]
wynosi

gdzie u

os

jest rzeczywistą prędkością osiadania (w ruchu

zakłóconym).

 

s

u

h

os

os





Ponieważ



p

=



o

, to można zapisać

Z powyższego równania można wyznaczyć długość komory L
przy założonej wysokości h lub odwrotnie.

u

L

u

h

os



Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Stąd po pewnych przekształceniach uzyskujemy zależność
Stokesa określającą prędkość opadania cząstki w ruchu
niezakłóconym





















18

d

g

u

g

s

2

o

gdzie g – przyspieszenie ziemskie, m/s

2

; d – średnica cząstki, m;



g

– gęstość gazu, kg/m

3

;



s

– gęstość pyłu, kg/m

3

;



– dynamiczny

współczyn-nik lepkości gazu, Pa·s.

u

0

R ( o p ó r o ś r o d k a ) [N ]

G ( c ię ż a r c ia ła ) [N ]

W ( s iła A r c h im e d e s a ) [N ]

p r ę d k o ś ć o p a d a n ia

c z ą s tk i

W ruchu ustalonym u

0

=const.

nastąpi równowaga sił, czyli:

G=W+R

Rozważmy siły działające na cząstkę
pyłu

Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Ponieważ cząstki pyłu nie posiadają regularnego kształtu i nieraz
ich kształt znacznie odbiega od kulistego oraz na ruch cząstki
oddziałują inne opadające cząstki to rzeczywistą prędkość
osiadania przyjmuje się znacznie mniejszą, zwykle

o

os

u

5

,

0

u





Komory osadcze (pyłowe)

Komory osadcze (pyłowe)

Objętościowe

natężenie

przepływu

powietrza

Q

V

[m

3

/s] można obliczyć z

zależności:

Stąd można obliczyć albo liczbę półek n, albo
szerokość komory B

]

s

/

m

[

u

h

n

B

u

H

B

u

A

Q

3

V



















Cyklon

Cyklon

Korpus cyklonu składa się z części
cylindrycznej 1 i stożkowej 2.
Strumień

zapylonego

gazu

wpływa króćcem 3 z szybkością
1525m/s. Następuje zmiana z

ruchu postępowego na obrotowy i
jednocześnie gaz porusza się od
góry ku dołowi (ruch po linii
śrubowej). Pod działaniem siły
odśrodkowej cząstki pyłu wirują
na

wewnętrznej

powierzchni

cyklonu i opadają do zasobnika 4.
Oczyszczony

gaz,

ponownie

zmienia kierunek, i rurą 5
wylatuje z aparatu.

C y

klo

n

Z

a

sa

d a

o

d

p y

la

n

ia

g

a

zu za

p

o

mo

cą

cy

klo

n

u

d r

rR

r0

1

2

3

4

5

Cyklon przemysłowy

Cyklon przemysłowy

Cyklon posiada stosunkowo małą średnicę (duża
siła odśrodkowa), dużą średnicę rury centralnej
(ok. 0,5 średnicy cyklonu) oraz mały kąt
zbieżności

części

stożkowej

(małe

opory

przepływu). Zwrócić uwagę na „łagodny” kształt
wlotu i wylotu powietrza.

Wlot

Wylot

Część stożkowa

Zasobnik pyłowy

Cyklony, rozwiązania

przemysłowe

Cyklony, rozwiązania

przemysłowe

Ze względu na swoją małą średnicą
pojedynczy

cyklon

posiada

stosunkowo

małą

wydajność.

Dlatego

najczęściej

pojedyncze

cyklony łączone są w baterie. Na
zdjęciach można zauważyć różne
sposoby odbioru pyłu z baterii.

Budowa multicyklonu

Budowa multicyklonu

Multicyklon

stanowi baterię małych

cyklonów

umieszczonych

we

wspólnej komorze.

1 – wlot gazu zapylonego,

2 – element odpylający ze spiralną
przegrodą,

3 – wylot gazu odpylonego,

4 – odprowadzenie pyłu

Siła odśrodkowa, która jest siłą
napędową

procesu

odpylania

w

cyklonie

jest

odwrotnie

proporcjonalna

do

promienia

krzywizny, po którym porusza się
cząstka.

Stąd

pomysł

budowy

multicyklonu, czyli wielu małych
„cykloników” umieszczonych w jednej
obudowie

Cyklony i multicyklony

Cyklony i multicyklony

Ustawienia cyklonów w baterie: stopniowe (a) i na okręgu (b)

Filtr workowy

Filtr workowy

Filtr workowy (schemat)

1 – obudowa,

2

–

element

odpylający

(worek),

3 – doprowadzenie gazu,

4 – dno,

5 – wylot gazu,

6 – rama,

7 – urządzenie wstrząsające,

8 – przenośnik ślimakowy do
pyłu

Filtr składa się z kilku sekcji, w każdej z nich w obudowie
znajdują się worki. Gaz zapylony jest wprowadzany kanałem i
dopływa dołem do wnętrza worków. Gaz przepływa przez tkaninę
worków i jest odprowadzany przewodem z regulowanym
przekrojem. Ruch gazu od wlotu do wylotu jest wymuszony
dmuchawą. Oczyszczanie worków następuje za pomocą
urządzenia wstrząsającego oraz przepływu niewielkiej ilości
powietrza w przeciwprądzie.

Filtr workowy wielosekcyjny

(oczyszczanie wstrząsowe)

Filtr workowy wielosekcyjny

(oczyszczanie wstrząsowe)

Filtr workowy

1 – dopływ zapylonego

gazu,
2 – przewód kierujący,
3, 4, 6 – sekcja odpylacza,
5 – sekcja oczyszczana,
7, 8 – worki filtrujące,
9, 10, 12 – zawór otwarty,
11 – zawór zamknięty,
13 – kanał odpływowy gazu,
14

–

mechanizm

oczyszczania,
15 – oczyszczanie worków2,

16 – odprowadzanie pyłu

Filtry tkaninowe

(oczyszczanie pneumatyczne)

Filtry tkaninowe

(oczyszczanie pneumatyczne)

Filtr

workowy

z

regeneracją pneumatyczną

1 – worek, 2 – dno sitowe, 3 – dno
stożkowe, 4 – dozownik klatkowy,
5

–

sekcja

zaworowa

do

regeneracji

Od sekcji zaworowej 5 do wnętrza
filtra prowadzi rura z otworami
umieszczonymi w osiach worków.
Regenerację

powoduje

krótki

impuls

sprężonego

powietrza

(ciśnienie

0,12

do

0,7MPa)

skierowanego

do

wnętrza

worków. W wyniku działania fali
uderzeniowej, deformacji tkaniny
i przedmuchiwania pyły odpadają
z powierzchni tkaniny.

Odpylani
e

Regeneracja

Elektrofiltry - budowa

Elektrofiltry - budowa

Pole elektrostatyczne między ujemną katodą ( drut ) a uziemioną anodą
( rura lub płyta ) nie jest jednorodne. Największe jest w pobliżu katody i
dzięki dużej wartości natężenia pola następuje silna jonizacja gazu. Objawia
się to świeceniem gazu w pobliżu katody i dlatego katody noszą nazwę
elektrod koronowych. Anody noszą nazwę elektrod osadczych, gdyż jony
ujemne i elektrony zderzając się z obojętnymi cząstkami pyłu, przekształcają
je także w cząstki ujemne i kierują do anody. Na anodzie cząstki pyłu tracą
swój ładunek i osiadają.

Elektrofiltry –zasada działania

Elektrofiltry –zasada działania

Na skutek jonizacji powietrza wokół elektrody koronującej 4,
zawarte w gazie cząstki pyłu ładują się ujemnie (mały rozmiar
elektronu w porównaniu z rozmiarem jonu dodatniego). Ponieważ
elektroda osadcza 1 posiada biegun dodatni, przyciąga więc
ujemnie naładowane cząstki pyłu. Cząstki pyłu, które osiadają na
elektrodzie osadczej na skutek mechanicznych wstrząsów,
opadają w dół do zbiornika.

Elektrofiltry – parametry pracy

Elektrofiltry – parametry pracy

Parametry pracy elektrofiltru rurowego:

• różnica potencjałów V=30-80kV

• wysokość elektrofiltru L=2-7 [m],

• prędkość przepływu powietrza u= 0,5 - 1,5 [m/s],

• czas potrzebny na odpylenie t=3-6 [s],

• średnica elektrody osadczej (rury) d=0,1 - 0,3 [m],
• średnica elektrody koronującej (drut miedziany) d

0

=2-4 [mm]

Stopień odpylania

jak dla metod suchych

jest bardzo wysoki, dochodzi do

=0.99.

Jest

to

jedyny

odpylacz

suchy

dorównujący

sprawnością

odpylania

metodom mokrym.

Elektrofiltry – elektrofiltr

płytowy

Elektrofiltry – elektrofiltr

płytowy

Elektrofiltr płytowy

Zapylony gaz przepływa między
płytami 2. Pyły uzyskują ładunek
od

drutowych

elektrod

koronujących 3, dołączonych do
przewodnika

1

doprowadzającego

wysokie

napięcie. Pyły 5 osadzają się na
elektrodzie

osadczej,

a

następnie zsypują po płytach 2
do zbiornika magazynującego.

Elektrofiltry – pionowy, płytowy

Elektrofiltry – pionowy, płytowy

Elektrofiltr pionowy

1 – mechanizm strzepujący,

2 – elektrody koronujące,

3 – komora elektrofiltru,

4 – łopatki kierownicze

Elektrody

osadcze

Elektrody

osadcze

Różne typy elektrod

osadczych

a) płytowe,

b) siatkowe,

c) żłobkowane,

d) płyty skrzyżowane,

e) perforowane,

f) i) ceowe

g) rurowe okrągłe

h) k) kieszeniowe

j) rurowe sześciokątne

m) rurowe „prostokątne”,

l) o) p) tulipanokształtne

Uwaga generalna:

możliwie

duża

powierzchnia

elektrody

(duża

powierzchnia osadcza)

Elektrody

koronujące

Elektrody

koronujące

Uwaga generalna:

możliwie duża liczba ostrych

zakończeń elektrody (większa możliwość jonizacji
powietrza)

Opylacz akustyczny

Opylacz akustyczny

1 – doprowadzenie gazu

zapylonego, 2 – wieża

aglomeracyjna, 3 – generator

dźwięków, 4 – sprężarka, 5 -

cyklon

Zanieczyszczony gaz jest wprowadzany przewodem 1 do wieży
aglomeracyjnej 2, która jest zakończona generatorem dźwięków 3. Jest to
syrena do której doprowadza się sprężone powietrze ze sprężarki 4. W
wieży zachodzi aglomeracja cząstek. Drobne cząstki drgają z różnymi
prędkościami, zależnymi od ich mas. Zderzają się ze sobą i tworzą większe
cząstki, z którymi gaz przepływa do cyklonu 5. Aglomeracja cząstek
ułatwia w dużym stopniu wychwycenie większej ilości pyłu w cyklonie
(sprawność odpylania zależy od średnicy cząstek ).

Metody mokre – odpylacz

Strodera

Metody mokre – odpylacz

Strodera

Odpylacz Strodera

1 – wanna, 2 – zestaw

tarcz, 3 – wlot (wylot), 4 -

przelew

Służy do odpylania cząstek bardzo
drobnych (poniżej 5m), które trudno

jest usunąć metodami suchymi.

Stopień odpylania: rzędu 0,99.

Wadą wszystkich odpylaczy mokrych
jest otrzymywanie mokrego gazu
oraz szlamu (problemy z jego
utylizacją).

W wannie wirują dwa wały z
osadzonymi na nich tarczami. Tarcze
są zanurzone częściowo w cieczy i
obracają

się

w

przeciwnych

kierunkach rozpryskując ciecz w
korpusie

odpylacza.

Przez

wytworzoną mgłę cieczy przepływa
gaz. Zawiesina ciała stałego w cieczy
odpływa przelewem.

Metody mokre – płuczka

pianowa

Metody mokre – płuczka

pianowa

Płuczka pianowa

1 – wlot zapylonego powietrza, 2 –

dno sitowe, 3 – doprowadzenie wody,

4 – przegroda, 5 – odprowadzenie

zawiesiny, 6 – odbiór gazu

oczyszczonego, 7 – odprowadzenie

piany + pył drobnoziarnisty

Odpylanie polega na przepływie
zapylonego gazu przez warstwę
cieczy.

W

odpylaczu

następuje

również częściowa segregacja pyłu.
Cząstki gruboziarniste odbierane są z
częścią wody króćcem 5, pozostałe
odbierane są przelewem 7.

Stopień odpylania: rzędu 0,99.

Parametry pracy:

• średnica otworów d=2-8
[mm],

• powierzchnia otworów w
dnia stanowi ok. 15%
powierzchni sita,

• prędkość powietrza w
otworach dna u=7-13 [m/s],

KONIEC

KONIEC