СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ОТ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ
METHOD OF SEPARATING FINE PARTICLES FROM GAS

Изобретение относится к отделению от газовой среды твердых фракций мелкодисперсных частиц размерами преимущественно от 250 мкм до 5 мкм и может найти применение в отраслях промышленности, использующих сепарацию и классификацию фракций дисперсного материала.
Известен способ отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды, включающий ввод аэродисперсного потока через входной патрубок внутрь корпуса циклона по касательной к цилиндрической поверхности этого корпуса, образующего кольцевой канал между наружной поверхностью внутреннего цилиндра и внутренней поверхностью его наружного цилиндра, сепарацию мелкодисперсных частиц в кольцевом пространстве, образующемся корпусом и внутренним цилиндром, используя в качестве кольцевого пространства названного кольцевого канала, при совершении вращательного движения в этом кольцевом пространстве и при совершении вращательного движения внутри наружного цилиндра. Опускаясь вниз, газ, в качестве которого используют воздух, в конической части циклона выворачивается вместе с некоторой частью мелкодисперсных частиц, а именно пыли, выводится через внутренний цилиндр, выходной патрубок, и далее вентилятором воздух выводят в атмосферу. В результате совершения вращательного движения возникает центробежная сила, которая отбрасывает частицы пыли, обладающие гораздо большей инерционностью, чем воздух, к внутренней поверхности наружного цилиндра, далее под действием силы веса и нисходящего потока частицы пыли скользят вдоль этой поверхности, опускаются к пылевыводящему отверстию внутреннего выходного патрубка, и таким образом частицы пыли выводят через это отверстие (Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий. / Под ред. A.M.Дзядзио. - М.: Колос, 1974. - С.148).
Основными недостатками описанного способа отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды являются низкая эффективность отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды, особенно тонкодисперсных частиц, и отсутствие возможности выделения нескольких различных по дисперсности фракций. Это объясняется несоответствием теоретических аспектов циклонной очистки и конструктивным исполнением устройства, реализующего данный способ. Так, для сферической частицы диаметр отделяемой посредством этого способа пыли определяют по следующей формуле (Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий. / Под ред. A.M.Дзядзио. - М.: Колос, 1974. - с.151):
где v - коэффициент кинематической вязкости;
ч
ρ - плотность пыли;
в
ρ - плотность воздуха;
ω - угловая скорость вращения частицы;
n - число витков, совершаемых частицей в циклоне до ее отделения;
н
D - диаметр наружного цилиндра циклона;
в
D - диаметр внутреннего цилиндра циклона.
Согласно приведенной формуле, диаметр отделяемой пыли помимо прочего зависит, во-первых, от отношения наружного и внутреннего радиусов кольцевого канала, неизменных для данного типа циклона, во-вторых, от наличия этого канала, который исчезает как только заканчивается внутренний выходной патрубок. Поэтому в производственных условиях эффективность отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды составляет 60-90% и колеблется в зависимости от вида отделяемых мелкодисперсных частиц и условий эксплуатации устройства, реализующего способ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды, включающий ввод аэродисперсного потока внутрь корпуса, образованного спиральными витками трубопровода с изменяющимися площадями поперечного сечения каждого последующего витка, причем площадь поперечного сечения на выходе витка по ходу движения аэродисперсного потока превышает площадь поперечного сечения витка на входе, сепарацию мелкодисперсных частиц, а именно пыли, на поверхностях данных витков, осаждение и вывод фракций мелкодисперсных частиц через по меньшей мере два пылеосадителя в пылеприемник путем сообщения входного патрубка одного пылеосадителя трубкой с отверстием в наружной стенке трубопровода на участке первой четверти длины витка, и входного патрубка второго пылеосадителя - трубкой с отверстием на участке четвертой четверти длины витка по ходу движения аэродисперсного потока, при направлении трубок навстречу движению потока в витке, и путем сообщения выходных патрубков каждого из пылеосадителей с отверстиями во внутренней стенке трубопровода на участке первой четверти длины витка по ходу движения аэродисперсного потока, при направлении трубок навстречу движению аэродисперсного потока в витке. Частично обеспыленный, до 80%, газ через осевой выходной патрубок пылеосадителя отправляют в основной поток в конце первой четверти витка, из которого уже более мелкие частицы пыли осаждают в следующем пылеосадителе. Очищенный газ выводят через вытяжной вентилятор, соединив его со спиральными витками трубопровода. Увеличивая количество витков трубопровода и присоединенных к ним пылеосадителей, достигают повышения эффективности очистки газа (патент на полезную модель RU 76820, МПК B01D 45/16 (2006/01)).
Основными недостатками описанного способа являются:
- повышенная энергоемкость, за счет высокого аэродинамического сопротивления при прохождении газа через пылеосадители и постоянной циркуляции очищенного в них газа;
- пониженная эффективность отделения более легких и мелких фракций от газа и сепарации мелкодисперсных частиц вследствие уменьшения центробежной силы, действующей на частицы пыли, проходящей через последующие спиральные витки трубопровода, во-первых, за счет уменьшения массы самих частиц, во-вторых, с увеличением радиуса вращения, вследствие того, что площадь поперечного сечения на выходе витка трубопровода по ходу движения пылевоздушного потока превышает площадь поперечного сечения на входе в виток в соответствии со следующим выражением (Веселов С.А., Веденьев В.Ф. Вентиляционные и аспирационные установки предприятий хлебопродуктов. - М. КолосС, 2004. - с.85):
ц
где Р - центробежная сила;
m - масса частицы;
ц
V - переносная скорость потока;
r - радиус вращения;
- пониженная эффективность отвода фракций через входные патрубки пылеосадителей, суммарное сечение которых не превышает 2-3% от сечения спирального витка трубопровода;
- пониженная экономичность за счет применения пылеосадителей, являющихся по сути самостоятельными пылеотделителями.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение энергоемкости, повышение экономичности, эффективности отделения от газа и сепарации мелкодисперсных частиц, а также повышение эффективности отвода фракций мелкодисперсных частиц.
Поставленная задача решается тем, что в способе отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды, включающем ввод аэродисперсного потока внутрь корпуса, образованного спиральными витками трубопровода с изменяющимися площадями поперечного сечения каждого последующего витка, сепарацию мелкодисперсных частиц на поверхностях данных витков, осаждение и вывод фракций мелкодисперсных частиц, и вывод очищенного газа, согласно изобретению используют спиральные витки гибкого трубопровода с неравнопрочными стенками, огибающего регулируемую твердую поверхность, определяя число витков изменяемого шага, равным числу фракций мелкодисперсных частиц, с уменьшающимися регулируемыми радиусами кривизны, проницаемостью и площадями поперечного сечения каждого последующего витка по пути движения с регулируемым ускорением аэродисперсного потока. Сепарацию мелкодисперсных частиц, регулируя расход газа на каждом витке и на выходе из трубопровода, осуществляют последовательно на каждом спиральном витке и перемещением по регулируемой твердой поверхности с увеличением дифференцированного воздействия центробежных сил на мелкодисперсные частицы. Осаждение фракций по степени дисперсности мелкодисперсных частиц производят в нижней части каждого витка. Вывод фракций мелкодисперсных частиц осуществляют через отверстия в нижней армированной части гибкого трубопровода с неравнопрочными стенками, регулируя форму и размеры этих отверстий изменением давления в трубопроводе при прохождении аэродисперсного потока в последующий виток. В качестве регулируемой твердой поверхности можно использовать поверхность конуса.
Уменьшение энергоемкости и повышение экономичности способа обеспечиваются, во-первых, пониженным аэродинамическим сопротивлением за счет отсутствия необходимости применения дополнительных пылеосадителей; во-вторых, за счет уменьшения количества и протяженности рабочих пространств вследствие отсутствия необходимости применения постоянной циркуляции воздуха из спиральных витков трубопровода в пылеосадители.
Повышение эффективности отделения от газа и сепарации мелкодисперсных частиц обеспечиваются благодаря усилению действия центробежных сил при движении аэродисперсного потока с регулируемым ускорением в спиральных витках гибкого трубопровода с неравнопрочными стенками, огибающего регулируемую твердую поверхность, с уменьшающимися регулируемыми радиусами кривизны, проницаемостью и площадями поперечного сечения каждого последующего витка изменяемого шага и осаждении соответствующих по степени дисперсности фракций в нижней части каждого витка, определив число витков равным числу фракций мелкодисперсных частиц.
Повышение эффективности отвода фракций мелкодисперсных частиц достигается за счет увеличения зоны отбора фракции с каждого спирального витка гибкого трубопровода с неравнопрочными стенками, который производят с нижней части каждого витка за счет действия сил инерции и гравитации, и обеспечения вывода фракций мелкодисперсных частиц через отверстия в нижней армированной части трубопровода с неравнопрочными стенками, регулируя форму и размеры этих отверстий изменением давления в трубопроводе при прохождении аэродисперсного потока в последующий виток.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема осуществления способа отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды, на фиг.2 - вид сбоку фиг.1, на фиг.3 - вид А фиг.1.
Кроме этого, на чертежах дополнительно обозначено следующее:
- вертикальными и круговыми линиями со стрелками показаны направления ввода и движения аэродисперсного потока;
- вертикальной перечеркнутой линией со стрелкой показано направление вывода очищенного газа;
- вертикальными перечеркнутыми дважды линиями со стрелками показано направление вывода фракций мелкодисперсных частиц.
Способ отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды реализуется при помощи корпуса, образованного набором витков 1 трубопровода, оснащенного патрубком 2 для входа аэродисперсного потока и патрубком 3 для выхода очищенного газа, снабженным установленным в нем регулировочным клапаном 4. Витки 1 корпуса связаны с твердой поверхностью 5. Нижняя армированная часть 6 витков 1 трубопровода выполнена с отверстиями 7 для вывода фракций мелкодисперсных частиц.
Способ отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды осуществляется следующим образом. Используют корпус, образованный спиральными витками 1 гибкого трубопровода с неравнопрочными стенками, огибающего регулируемую твердую поверхность 5, определяя число витков 1 равным числу фракций мелкодисперсных частиц, с уменьшающимися регулируемыми радиусами кривизны, проницаемостью и площадями поперечного сечения каждого последующего витка по пути движения с регулируемым ускорением аэродисперсного потока. В качестве регулируемой твердой поверхности 5 можно использовать поверхность конуса.
Аэродисперсный поток подают через патрубок 2 внутрь вышеописанного корпуса, где аэродисперсный поток движется с регулируемым ускорением посредством изменения длины, формы и площади поперечного сечения витков 1 гибкого неравнопрочного трубопровода, огибающего регулируемую твердую поверхность 5, с возможностью перемещения этих витков по поверхности 5 и изменения тем самым шага между ними.
Далее осуществляют сепарацию мелкодисперсных частиц, регулируя расход газа на каждом витке и на выходе из трубопровода, последовательно на поверхностях каждого из витков 1 и перемещением по регулируемой твердой поверхности 5 с увеличением дифференцированного воздействия центробежных сил на мелкодисперсные частицы. Так твердые частицы первой крупной фракции, воздействуя на них центробежными силами, прижимают к стенке первого по отношению к патрубку 2 витка и транспортируют к нижнему участку этого витка.
Осаждение фракций по степени дисперсности мелкодисперсных частиц производят в нижней части каждого витка. Так осаждение твердых частиц первой крупной фракции в первом витке производят в нижней части этого витка.
Вывод фракций мелкодисперсных частиц осуществляют через отверстия 7 в нижней армированной части 6 гибкого трубопровода, регулируя форму и размеры отверстий 7 изменением давления в трубопроводе при прохождении аэродисперсного потока в последующий виток. Так вывод твердых частиц первой крупной фракции в первом витке производят через отверстие 7 в нижней армированной части 6 первого витка.
Аэродисперсный поток, частично очищенный от крупной фракции, подают далее в последующий по отношению к патрубку 2 второй виток меньшего радиуса кривизны и меньшей площади поперечного сечения, где твердые частицы второй по степени дисперсности фракции, воздействуя на них центробежными силами, прижимают к стенке второго витка и транспортируют к нижнему участку этого витка, осаждают в его нижней части и выводят через отверстие 7 в нижней армированной части 6 второго витка. Степень расширения элементов витков 1 регулируют посредством клапана 4. Цикл повторяют до прохождения аэродисперсным потоком последнего витка, при этом количество витков определяют требуемым количеством выделяемых фракций, а минимальный радиус кривизны витка и площадь его поперечного сечения определяют дисперсностью последней фракции. Очищенный газ выводят вверх через патрубок 3.
Таким образом, применение предложенного способа центробежной сепарации мелкодисперсных частиц позволяет осуществить увеличение технологической эффективности фракционирования мелкодисперсных фракций с обеспечением очистки воздуха при снижении энергозатрат.