Politechnika Wrocławska

MECHANICZNY ROZDZIAŁ FAZ

TEMAT:

Projekt cyklonu do odpylania wiórów drzewnych

Agnieszka Grzyb

Nr indeksu 175969

Wydział Chemiczny

Inżynieria chemiczna i procesowa

1.Zadanie projektowe

Zaprojektować cyklon do odpylania powietrza z wiórów drzewnych.Natężenie objętościowe
[ 0,30 m³/s]temperatura oczyszczonego powietrza wynosi 400K

Stężenie pyłu w oczyszczanym powietrzu wynosi
[0,30g/m³], a w powietrzu opuszczającym cyklon nie może przekraczać wartości
[0,03g/(Nm)³]. Analiza frakcyjna

pyłu o gęstości
[1100kg/m³] wykazała udział (w %) poszczególnych frakcji ziaren:

di	Zawartość frakcji ziaren di w pyle [%]
		0-1[μm]	1-5[μm]	5-10[μm]	10-15[μm]	15-20[μm]	20-25[μm]
B	5	7	12	20	16	40

2.Wstęp:

Cyklon jest to urządzenie umożliwiające wykorzystanie siły odśrodkowej do rodzielenia cząsteczek stałych od powietrza.

Wprowadzony stycznie do cyklonu strumień zapylonego gazu przepływa przez niego pod postacią dwóch spiralnych strug.Struga zewnetrzna,przesuwa się w kierunku stożka cyklonu,natomiast struga wewnętrzna ,wirując w tym samym kierunku,przepływa do króćca przelewowego,zwanego kominem cyklonu.Przejście z wiru zewnętrznego do wewnętrznego wytwarza dodatkową trubulencję w dolnej części cyklonu,co stanowi niebezpieczeństwo powtórnego zapylenia gazu.Dzięki działaniu sił odśrodkowych,wszystkie cięższe frakcje tj.popiół,sadza i inne cząstki stałe,koncentrują się na ściankach zbiornika i z wolna osuwają sie na dół.Strumień gazowy wędruje po torze śrubowym w kierunku do dołu cyklonu, a jego ciśnienie ,temperatura i gęstość różnicują się tak,że w osi pionowej cyklonu następuje znaczny spadek tych parametrów,a na sciankach ich wzrost .W rezultacie oczyszczone już gazy w uproszczeniu mówiąc-napotykają na swj drodze w dolnej części cyklonu większy opór poosiowy i następuje ich zwrot ku górze .Prędkość obwodowa wirowania jest największa w małych promieniach i maleje w kierunku obwodu m.in dlatego cyklony mają dolną część stożkową ,co powoduje,że zmniejsza się promień wirowania,co daje wzrost prędkości strugi gazów Po wstępnym oczyszczeniuw tzw.multicyklonie,przechodzą one do baterii cyklonów,skąd są odprowadzone do komina.

Pomimo prostoty działania i bardzo dużego rozpowszechnienia cyklonów nie opracowano dotychczas w pełni zadowalającej metody ich obliczenia.

Na jakość rozdzielenia w cyklonie wpływa bardzo duża liczba parametrów konstrukcyjnych i procesowych ,dlatego projektowanie cyklonów opiera się zwykle na danych doświadczalnych.W nowoczesnych aerocyklonach istnieje możliwość uzyskania średnicy ziarna granicznego rzędu mikrometrów,przy czym frakcyjna sprawność rozdzielacza w aparacie maleje.

3.Użyte wzory:

Dla wybranego typu cyklonu niezbędną wielkość powierzchni przekroju przepływu gazu	[m^2]
Po założeniu liczby cyklonów N=1 wielkość średnicy cyklonu	[mm]
Rzeczywistą prędkość gazu w cyklonie (Nie powinna ona odbiegać od wartości optymalnej więcej niż 15%.)
Współczynnik oporu cyklonu określa zależność
Spadek ciśnienia gazu w cyklonie
Oszacowanie wielkości średnicy ziaren zatrzymanych w cyklonie w 50% dokonuje się w oparciu o zależność
σ jest odchyleniem standardowym wielkościlg d określonym zależnością: w której Ui jest udziałem masowym i - tej frakcji ziaren w pyle.
Sprawność cyklonu definiuje stosunek masy pyłu usuniętego z gazu do masy pyłu wprowadzonego ze strumieniem gazu:

Na podstawie danych wyjściowych składu ziarnowego sporządzono wykres sumarycznej krzywej rozkładu wielkości średnic cząstek pyłu.

Z wykresu dla udziału 50 % odczytano wartość średnicy d_m=14,8μm , która jest medialną zbioru średnic cząstek pyłu (wartość, przy której masa wszystkich ziaren mniejszych lub większych od d_m stanowi 50%)

Obliczenia cyklonu prowadzi się metodą kolejnych przybliżeń. Do obliczeń przyjęto cyklon typu CN - 15, którego główne wymiary są następujące

Elementy cyklonu	Wzór do obliczenia
Średnica wewnętrzna rury wylotowej - D1 Średnica dolnego króćca - D2 Szerokość króćca wlotowego: w cyklonie - b na jego wejściu - b1 Kąt pochylenia pokrywy i króćca - Wysokość: króćca wlotowego - h rury wylotowej - h1 górnej części rury wylotowej - h2 części cylindrycznej - h3 części stożkowej - h4 całkowita cyklonu - H	0,59D (0,3-0,4)D 0,2D 0,26D 15 0,66D 1,74D 0,3D 2,26D 2,0D 4,56D

Parametry pracy cyklonu CN-15:

• d₅₀=4,50[μm]

• lgσ_η=0,352

• u_op=3,5[m/s]

Wartość współczynnika oporu cyklonu CN-15:

• ζ_500s=155

4.Obliczenia:

Dane	Obliczenia	Wynik	Objaśnienia/Uwagi
Niezbędna wielkość powierzchni przekroju przepływu gazu- A
V=0,30 m^3/s Uop=3,5 m/s		A=0,09m^2	V-natężenie przepływu gazu Uop- optymalna prędkość przepływu
Wielkość średnicy cyklonu- D
A=0,09 m^2 N=2		D=239mm
Rzeczywista prędkość gazu w cyklonie- u
V=0,30 m^3/s N=2 D=0,239m		u=3,34m/s	* wartość ta nie odbiega od wartości optymalnej więcej niż 10%
Współczynnik oporu cyklonu- ζ
K1=0,9 K2=0,99 K3=60 ς500s = 155		ς=198,105	K1 -wartość współczynnika poprawkowego, ściśle związanego ze średnicą cyklonu; K2 - współczynnik, którego wartość zależy od stężenia pyłu; K3 - współczynnik wyrażający dodatkowe straty ciśnienia związane z potrzebą połączenia kilku cyklonów w jeden zespół;

Dane	Obliczenia	Wynik	Objaśnienia/Uwagi
Spadek ciśnienia gazu w cyklonie
ρ=0,884kg/m^3 T=400K u=3,34m/s		∆p=976,81Pa	ρ- gęstość powietrza dla temperatury T=400K Policzona ze wzoru M=29kg/mol p=patm
Wielkość średnicy ziaren zatrzymywanych w 50%
Standardowe warunki pracy cyklonu: średnica Ds = 0,6 [m], gęstości ciała stałego ρs = 1100 [kg/m^3], lepkości gazu ηs = 22,2 10^-6 [Pa s] i średnia prędkość gazu us = 3,5 [m/s] Lepkość gazu wynosi η = 1,8*10^-5 [Pa*s], ρss= 1300 kg/m^3, u=3,71 m/s.		d50= 2,7μm	*dm=14,8 μm dm- mediana zbioru średnic cząstek pyłu (wartość, przy której masa wszystkich ziaren mniejszych lub większych od dm stanowi 50%).
Wielkość odchylenia standardowego
Ui - udział masowy i-tej frakcji ziaren w pyle dm- mediana zbioru średnic cząstek pyłu; dm= 14,8μm di- średnica cząstek i- tej frakcji 10,2	σ =	σ = 0,263
Sprawność cyklonu
C1-0,30[g/m^3] C2-0,03[g/m^3]		ηc=0,9

Dane potrzebne do narysowania rysunku:

Elementy cyklonu	Wzór do obliczenia
Średnica wewnętrzna rury wylotowej - D1 Średnica dolnego króćca - D2 Szerokość króćca wlotowego: w cyklonie - b na jego wejściu - b1 Kąt pochylenia pokrywy i króćca - Wysokość: króćca wlotowego - h rury wylotowej - h1 górnej części rury wylotowej - h2 części cylindrycznej - h3 części stożkowej - h4 całkowita cyklonu - H	0,141 0,071 0,0478 0,0623 15 0,157 0,416 0,071 0,540 0,478 1,089

Wnioski:

Otrzymaliśmy cyklon do odpylania wiórów drzewnych o średnicy D=0,239m i spadku ciśnienia 976.W praktyce stosowane są cyklony, w których spadek ciśnienia nie przekracza 1000 Pa.Sprawność cyklonu wynosi 90% co oznacza,że cyklon w dużym stopniu pełni dobrze swoją funkcję i oczyszcza powietrze z wiórów drzewnych.

Bibliografia:

Maria Mazur , Mieczysław Teisseyre „Podstawy konstrukcji urządzeń odpylających”

Roman Koch,Andrzej Noworyta „Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej''

---