LABORATORIUM
PODSTAW BUDOWY URZ
DZEC

DLA
PROCESÓW MECHANICZNYCH
Temat: Badanie cyklonu
ZAKA
AD APARATURY PRZEMYSA
OWEJ
POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAA
BMiP
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mechaniczną metodą odpylania gazów za
pomocą cyklonu.
2. Podstawy teoretyczne.
W wielu operacjach technicznych mamy do czynienia z gazami, w których znajdują
się cząstki ciał stałych (pył) lub drobne kropelki cieczy (mgła). Dotyczy to gazów odlotowych
z pieców prażalniczych, z suszarni bębnowych, przenośników pneumatycznych, itd.. Gazy
zapylone powstają również podczas rozdrabniania ciał stałych, przesiewania, mielenia, itp.
Gazy, które przepływają przez płuczki, absorbery, aparaty natryskowe (skrubery) i inne
urządzenia unoszą ze sobą kropelki cieczy. Zarówno pył jak i kropelki cieczy zawieszone w
gazie mogą być szkodliwe dla dalszych etapów produkcji, np. mogą stanowić truciznę. W
innych przypadkach pył lub mgła mogą być cennym składnikiem, który możliwie w całości
powinien być odzyskany ze strumienia gazu.
Oczyszczanie gazów przemysłowych z zawieszonych w nich cząstek stałych lub drobnych
kropelek cieczy przeprowadza się w celu:
- wychwycenia cennych produktów,
- usunięcia domieszek wpływających ujemnie na dalszą obróbkę gazu lub działających
niszcząco na aparaturę,
- zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.
Metody odpylania gazów są liczne i różnorodne. Wymienić tu należy metody mechaniczne, w
których wykorzystuje się siłę ciężkości lub odśrodkową, metody elektryczne, filtracyjne
suche lub mokre i wiele innych. Wybór metody odpylania gazów jest uzależniony od takich
czynników jak wielkość cząstek pyłu, które mają być usunięte z gazu, temperatura gazu
odpylanego ,możliwość albo niedopuszczalność nawilżania gazu itp.
W jednej z metod mechanicznych odpylania gazów wykorzystuje się siłę odśrodkową
działającą na cząstki stałe w strumieniu gazu. Proces taki zachodzi w urządzeniach zwanych
cyklonami (rys.1.).
2
Rys.1. Zasada odpylania gazu w cyklonie.
3. Zasada działania cyklonu.
Wprowadzony stycznie do cyklonu strumień zapylonego gazu przepływa przez niego
pod postacią dwóch spiralnych strug. Struga zewnętrzna, wykonując 1,5 - 3 zwojów,
przesuwa się w kierunku stożka cyklonu, natomiast struga wewnętrzna, wirując w tym samym
kierunku, przepływa do króćca przelewowego, zwanego kominem cyklonu. Wewnątrz
cyklonu gaz podlega ruchowi obrotowemu. Cząstki pyłu zawieszonego w gazie, mając masę
znacznie większą niż masa cząsteczek gazu, podlegają działaniu siły odśrodkowej i zostają
odrzucone ku ściance cyklonu. Po osiągnięciu jej i po wielokrotnym odbiciu się o nią tracą
energię kinetyczną i pod działaniem siły ciężkości opadają w dół do stożkowej części
cyklonu, skąd w sposób okresowy lub ciągły zostają odprowadzone na zewnątrz. Gaz
pozbawiony znacznej części pyłu wypływa rurą środkową ku górze. Przejście z wiru
zewnętrznego do wewnętrznego wytwarza dodatkową turbulencję w dolnej części cyklonu, co
stanowi niebezpieczeństwo powtórnego zapylenia gazu.
Na jakość rozdzielania w cyklonie wpływa bardzo duża liczba parametrów konstrukcyjnych i
procesowych, dlatego projektowanie cyklonów opiera się zwykle na danych
doświadczalnych. W nowoczesnych cyklonach istnieje możliwość uzyskania średnicy ziarna
3
granicznego rzędu mikrometrów, przy czym sprawność rozdzielania w aparacie maleje wraz
ze zmniejszeniem się dd gr.
Pomimo prostoty działania i bardzo dużego rozpowszechnienia cyklonów nie
opracowano dotychczas w pełni zadowalającej metody ich obliczania.
Schemat typowego cyklonu wraz z wielkościami opisującymi jego podstawowe
parametry przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Schemat cyklonu.
Prędkość poruszania się cząstki stałej ku ściance cyklonu będzie stała, gdy siła odśrodkowa
będzie równa sile oporu ośrodka. Prędkość tą nazywamy umownie prędkością opadania.
2
d r�Su2
u0 =� (1)
18h�F r
gdzie: d - średnica cząstki,
ps - gęstość cząstki,
u - prędkość liniowa cząstki (prędkość gazu),
r - odległość cząstki stałej od osi cyklonu,
h�F - lepkość dynamiczna ośrodka gazowego.
4
Najmniejsza średnica cząstki pyłu, która powinna pozostać w danym cyklonie, tj. być
usunięta ze strumienia gazu, wynosi
0.5
�� ł�
9h�F (�R2 -� r02)�ś�
d =� (2)
ę�
2P�nr�SuR
�� ��
gdzie: R - promieni cyklonu,
ro- promieni rury centralnej w cyklonie, odprowadzającej odpylony gaz,
n - liczba zwojów przebytych przez dany element objętościowy gazu w cyklonie.
Na podstawie doświadczeń i obserwacji przyjmuje się n = 1,5.
Spadek cienienia gazu w czasie przepływu przez cyklon oblicza się w/g z równania
u2
D�p =� z� r�F (3)
2
gdzie: z� - współczynnik oporu cyklonu wyznaczany doświadczalnie.
Sprawność cyklonu E definiujemy jako stosunek masy pyłu usuniętego z gazu do masy pyłu
wprowadzonego ze strumienia gazu do cyklonu.
C1 -� C2
E =� (4)
C1
gdzie: C1 - stężenie początkowe pyłu w gazie,
C2 - stężenie końcowe pyłu w gazie.
Sprawność cyklonów E osiąga wartość w granicach 0,70 < E < 0,85. Zgodnie z równaniem
(2) zmniejszenie średnicy cyklonu wpływa korzystnie na usunięcie cząstek pyłu o coraz
mniejszych wymiarach. Tym tłumaczy się fakt, że w przemyśle stosuje się coraz częściej
cyklony o małych średnicach, pracujących w systemie bateryjnym.
5
4. Stanowisko pomiarowe
Rys.3. Schemat stanowiska do badania cyklonu:
1- wentylator; 2 - cyklon; A- pomiar prędkości powietrza;. P- pomiar ciśnienia.
5. Przebieg pomiarów i opracowanie wyników
W czasie wykonywania ćwiczenia należy dokonać pomiaru:
- prędkości powietrza przepływającego przez cyklon,
- masy pyłu dostarczanego do strumienia gazu na wlocie do cyklonu,
- masy pyłu usuniętego po przejściu przez cyklon,
- spadku ciśnienia na cyklonie.
Prędkość powietrza mierzona jest przy pomocy rurki Prandtla, umieszczonej w punkcie
pomiarowym A.
Po uwzględnieniu wielkości przekrojów należy obliczyć prędkość gazu wpływającego do
cyklonu.
Spadek ciśnienia na cyklonie odczytuje się bezpośrednio z różnicy wskazań manometru
cieczowego.
6
W sprawozdaniu należy określić:
- współczynnik oporu cyklonu z�,
- sprawność cyklonu E,
- spadek ciśnienia gazu w czasie przepływu przez cyklon w zależności od prędkości
przepływającego gazu (na wykresie),
- rachunek błędów.
5. Literatura
1. M.Serwiński, Zasady inżynierii chemicznej, WNT, W-wa 1976
2. A.N.Płanowski, i inn,. Procesy i aparaty w technologii chemicznej, WNT, W-wa 1974
7