Розділення неоднорідних газових систем в полі відцентрових сил

Осадження під дією відцентрових сил застосовують для розділення неоднорідних газових систем, суспензій та емульсій. Для здійснення цього процесу до частинок, що складають дисперсну фазу, необхідно прикласти відцентрову силу, що здійснюється введенням дисперсійного середовища в поле відцентрових сил.

Поле відцентрових сил в техніці створюється двома методами:

- потік неоднорідної системи рухається по криволінійному каналу в нерухомому апараті – циклонний процес;

- потік неоднорідної системи надходить до апарату, що обертається, внаслідок чого відбувається обертання разом з обертовим апаратом – процес центрифугування.

Розглянемо циклонний процес.

Рис. 2.5. Схема осадження твердих частинок в полі відцентрових сил

Неоднорідний газовий потік рухається за криволінійною траєкторією в каналі. Відцентрова сила, що діє на тверду частинку в точці b, спричинює швидкість осідання W_oв, перпендикулярно до радіусу – W_г, і, як наслідок, частинка рухається за криволінійною траєкторією зі швидкістю W_р.

Швидкість осадження в полі відцентрових сил розраховується за виразом:

(2.25) і час осадження (2.26)

Рис. 2.6. Графічний метод визначення часу осадження:

Рушійною силою процесу, що визначає швидкість осадження, є відцентрова сила С, яка знаходиться за виразом:

, (2.27)

де: m – маса твердої частинки;

W_Г – лінійна швидкість газового потоку;

r – радіус кривизни траєкторії в даній точці.

По аналогії з попереднім, виразимо масу m, як:

m = C₁ l ³r_т (2.28)

Виконавши підстановку (2.28) до виразу (2.27), одержимо:

Згідно наведеного раніше, сила тяжіння визначиться:

G = C₁ l ³r_т g

Відношення відцентрової сили до сили тяжіння називається фактором розділення:

(2.29)

Тобто, фактор розділення показує, у скільки разів сила відцентрова більше сили тяжіння, або у скільки разів прискорення відцентрової сили перевищує прискорення сили тяжіння.

В циклонних апаратах фактор розділення більше 100. Тоді по аналогії з попереднім, нехтуючи величиною дії сили тяжіння, запишемо диференційне рівняння осадження твердих частинок в полі відцентрових сил:

(2.30)

З цього рівняння одержимо модифікований критерій Архімеда:

(2.31)

Модифікований критерій Архімеда легко отримати із звичайного критерію Ar, домноживши його на фактор розділення:

, (2.32)

Тобто з рівняння (2.30) після відповідних перетворень одержуємо залежність:

Re = A (ФрAr)ⁿ (2.33)

Число Рейнольдса розраховується за виразами, якщо:

(2.34)

Для ламінарного режиму осадження сферичних частинок, коли ФрAr<36

(2.35)

тобто

(2.36)

Тоді швидкість осадження в відцентровому полі виразиться:

Записавши відношення швидкостей осадження твердих частинок в полі відцентрових си л і сил тяжіння (2.20):

(2.37)

Тобто

W_ов = W_осФр.