Зертханал ық жұмыс № 13 Циклонда газды шаңнан тазалау
Жұмыстың мақсаты: Циклонда газды шаңнан тазалаудың ортадан тепкіш күш әсерімен тұндыру процесімен танысу. Циклоннның аэродинамикалық кедергісіне және тиімділігіне газ жылдамдығының әсерін эксперименталды оқып білу, циклонда газды тазалау тиімділігінің процесс барысындағы энергошығындарына тәуелділігіне сараптама жасау.
13.1. Теориялық бөлім
Газдарды түрлі өнеркәсіп салаларында өнеркәсіптік және санитарлық тазалауда әсері ортадан-тепкіш күшке негізделген аппараттар қолданылады.
Мұндай құрылғыларға түрлі модификациядағы циклондар жатқызылады. Мұндай аппараттар өлшемі 5-10 мкм болатын шаң түйіршіктерін ұстап қалатын жоғарғы тиімділікке ие.
Циклонда шаңды тазалаудың тиімділігі келесі формуламен анықталады:
(13.1)
Циклонның (сур.13.1) жұмыс істеу принципі төмендегідей болады. Шаңның бөлшектері бар газ ағыны циклонның корпусына жанамалатып беріледі. Сонда түйіршіктер айналмалы қозғалысқа өтеді. Центрден тепкіш күштің әсерінен қатты түйіршіктер аппараттың корпусына қарай жылжиды /I, 240-244 бет/. Инерция күші газ ағынында айналып жүрген шаң бөлшектеріне әсері бар. Сондай-ақ бөлшектің салмағының мәнін жоғарлататын инерция күші циклон қабырғасына бөлшектің қозғалысының бағытталуымен негізделеді. Қатты түйіршіктің ламинарлы режимде тұндырылуы инерция және салмақ күштерінің қатынастарына байланысты. Түйіршіктің инерция және салмақ күштерінің өрістеріндегі жылдамдықтарының қатынасы ажырату факторы деп аталады:
(13.2)
Циклонның қабырғасындағы жақын орналасқан булы газ қоспасының тығыздығы жай газдың тығыздығымен салыстырғанда жоғары. Салмақ күшінің әсерімен ол төмендегі циклонның шаң жіберетін саңылауға қарай жылжиды. Ал шаңнан тазартылған газ осьтік аймақта шығарылатын патрубкадан жоғарыға көтеріліп шығарылады.
Газды инерциялық жолмен циклон аппараттарында терең зерттелмеген. Бұл процестің теориялық негіздері зерттелуде, әртүрлі көзқарастар орын алуда.
Сур.13.1. Циклон
1 – циклон корпусы, 2 – кіретін патрубок, 3 – шығатын патрубок, 4 – шаң шығаратын саңылау
Белгілі теориялардың ішінде /П.Розин және т.б./ айтуынша түршікті үздіксіз тұндырудың уақытын төмендегі байланыс арқылы анықтауға болады:
(13.3),
(13.3) байланысы бойынша анықталған уақыт мөлшері төмендегі теңдік арқылы есептелінген уақытқа тең немесе одан кем болуы ықтимал:
(13.4)
Сондықтан шектеп алғанда (13.3) және (13.4) байланыстарын теңестіруге болады.
(13.5)
Циклонның өнімділігі деп аталатын газдың көлемдік шығыны былайша анықталады:
(13.6)
мұнда: a – газ ағыны кіретін патрубоктың (келте құбырдың) биіктігі, м.
Бұл параметр (биіктік) циклонда айналып жүретін ағынның биіктігіне тең деп қабылданады, м.
Сонымен қатар циклондағы тұндыру беті спираль тәрізді газ ағынының қосындысына тең.
(13.7)
(13.5) теңдігінің екі жағын а параметріне көбейтсек, циклонның теориялық оптималды өнімділігін алуға болады:
(13.8)
Алыңған (13.8) теңдігі белгілі тұндырғыштың және камераның өнімділігін есептейтін байланысқа ұқсас /1, 193 бет/.
Түйіршіктерді (бөлшектерді) ламинарлы режиммен циклонда инерциялық жолмен тұндыру және тұндыру жылдамдығы Стокстың формуласымен сипатталады, егер ажырату факторын ескерсек:
(13.9)
Егер (13.9) теңдігіндегі ОС мәнін (13.5) теңдігіне қойсақ циклонда ұсталатын бөлшектің теориялық минималды өлшемін анықтайтын теңдеу алынады
(13.10)
(13.10) теңдігінен төмендегі қорытындыларды байқауға болады:
- ұсталатын бөлшектің минималды диаметрі төмендейді;
- газды тазалаудың тиімділігі көбейеді, егер ағынның ені және газдың тұтқырлығы төмендесе, сәйкесінше бөлшектің тығыздығы, газдың патрубокқа кірердегі жылдамдығы, циклондағы сығымдалған газдың айналым саны жоғарылайды.
Сонымен (13.10) теңдігінен циклонның радиусы, оның тиімділігіне әсері жоқ екендігін байқауға болады. Айтылған тәжірибеде циклонның тиімділігін арттыру үшін циклондағы газ ағынының енін азайту керек.
Шығу құбырындағы газ жылдамдығы сонымен қатар циклондағы газ шығынының (13.6) қатынасымен байланысты (газ жылдамдығы) тазалау тиімділігіне әсерін эксперименталды тексеру, нақты лабораториялық жұмыстық негізгі мәселесі болып табылады.
Практикада келесідегідей теңдеумен анықталатын, циклондағы газ ағынының жалған жылдамдығы деген түсініп кеңінен қолданылады:
(13.11)
Бұл жылдамдық, циклондағы аэродинамикалық кедергіні РЦ анықтау үшін қолданылады:
(13.12)
Циклондағы аэродинамикалық кедергі әдетте газдың динамикалық (жылдамдық) қысымының айырмашылығын ескермей, шығу және кіру құбыршаларының арасындағы газдың статикалық қысымының құлау ретінде анықталады. Бұл шама циклондағы ауа кірулерді есептеуде аса маңызды мәселе болып табылады. Циклондағы аэродинамикалық кедергі 1м3 газды тазалаудың меншікті энергошығындарының шамасын сипаттайды. Газ тазалаудың қуат шығыны келесідегідей теңдеумен анықталады:
(13.13)
Сонымен қатар уақыт периодындағы газ тазалаудың энергошығындары
(13.14)
Осы уақыттағы тазаланған газ көлемі:
(13.15)
Газ тазалауға меншікті энергошығындары
(13.16)
СИ жүйесінде қысым айырмашылығының өлшем бірлігі Паскаль, сонда
1Па = 1Н/м2 = 1 Н.м/м3 = 1 Дж/м3
Нақты жұмыстың және бір маңызды мәселесі болып, циклондағы тазалау тиімділігінің газ қысымының құлауына тәуелділігін эксперименталды түрде оқып білу.