MATHEMATICAL DESCRIPTION OF THE PROCESS OF IMPACT INTERACTION OF A FLOW OF CATALYST PARTICLES WITH A BREAKING ELEMENT IN A CYCLONE DEVICE WITH A COAXIAL ARRANGEMENT OF PURIFICATION STAGES
Authors: Лебедев А.Е. , Юровская М.А. , Гуданов И.С. , Леонтьев В.К. 
Published: July 2023

Процессы очистки газов от твердых частиц применяются на многих современных предприятиях. Одними из главных требований, предъявляемых к газоочистительному оборудованию, являются высокая степень очистки, малые габаритные размеры, невысокое гидравлическое сопротивление и простота обслуживания. Всем этим требованиям удовлетворяет циклонный аппарат с соосным расположением ступеней очистки, разработанный в Ярославском государственном техническом университете. В данном аппарате последовательно размещены три ступени очистки пылегазового потока. На первой и третьей ступени выделение твердых частиц из газового потока происходит за счет центробежной силы, а на второй ступени организовано инерционное осаждение частиц. Кроме этого, первая ступень аппарата снабжена отбойным элементом, который не только повышает эффективность выделения твердой фазы, но и позволяет разрушать сформированные агломераты за счет организации ударного взаимодействия. Процессы центробежного и инерционного разделения, реализуемые на второй и третьей ступени аппарат, в настоящее время изучены практически полностью, а ударное взаимодействие потока частиц с отбойным элементом остается малоизученным. В данной работе на основе вероятностного подхода получены выражения для дифференциальной функции распределения числа частиц твердой фазы, уловленных центробежно-ударной ступенью циклонного аппарата с соосным расположением ступеней очистки. Опытными исследованиями подтверждена адекватность составленных выражений для среднего размера частиц. Таким образом, полученные выражения для дифференциальной функции распределения числа частиц позволяют оценить состав твердой фазы выделенной на первой ступени и унесенной с газовым потоком во вторую и третью, что необходимо при составлении инженерной методики расчета аппарата.

Processes for cleaning gases from solid particles are used in many modern enterprises. One of the main requirements for gas cleaning equipment is a high degree of purification, small overall dimensions, low hydraulic resistance and ease of maintenance. All these requirements are met by a cyclone apparatus with a coaxial arrangement of cleaning stages, developed at the Yaroslavl State Technical University. In this apparatus, three stages of purification of the dust and gas flow are sequentially placed. At the first and third stages, the separation of solid particles from the gas flow occurs due to centrifugal force, and at the second stage, inertial settling of particles is organized. In addition, the first stage of the apparatus is equipped with a baffle element, which not only increases the efficiency of solid phase separation, but also makes it possible to destroy the formed agglomerates due to the organization of impact interaction. The processes of centrifugal and inertial separation, implemented at the second and third stages of the apparatus, are currently studied almost completely, and the impact interaction of the particle flow with the baffle element remains poorly understood. In this paper, on the basis of a probabilistic approach, expressions are obtained for the differential distribution function of the number of particles of the solid phase captured by the centrifugal-impact stage of a cyclone apparatus with a coaxial arrangement of purification stages. Experimental studies have confirmed the adequacy of the formulated expressions for the average particle size. Thus, the obtained expressions for the differential distribution function of the number of particles make it possible to estimate the composition of the solid phase separated at the first stage and carried away with the gas flow to the second and third, which is necessary when drawing up an engineering method for calculating the apparatus.