SU980849A1

SU980849A1 - Method of separating dispersed phase from gas flow

Info

Publication number: SU980849A1
Application number: SU813264433A
Authority: SU
Inventors: Александр Иванович Буров; Евгений Александрович Есеев
Original assignee: За витель .: I ,...J
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-12-15

Description

(54) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ОТ ПОТОКА ГАЗА(54) METHOD FOR SEPARATION OF DISPERSED PHASE FROM GAS FLOW

Изобретение относитс к технике разделени дисперсных систем,преимущественно тонкодисперсных, и может аыть использовано в отрасл х промышленности , где требуетс извлекать из дисперсионных сред весьма тонкие взвеси, т.е. такие, чьи условные диаметры составл ют 100 мк именее.The invention relates to a technique for the separation of dispersed systems, predominantly finely dispersed, and may be used in industries where it is necessary to extract very thin suspensions from the dispersion media, i.e. those whose nominal diameters are 100 microns less.

Известен способ отделени дисперсной фазы от дисперсионной среды, по которому очищаеглую дисперсную систему подают в зону сепарации и закручивают ее с помощью ротора (1.A known method of separating the dispersed phase from the dispersion medium, through which the cleansing dispersed system is fed into the separation zone and is twisted with the help of a rotor (1.

Однако известный способ отделени дисперсной фазы не устран ет вторичного уноса частиц, существенно понижающего степень сепарации, а вследствие того, что отделенна и обогащенна твердой фазой часть системы не подвергаетс дальнейшей очистке, способ не обеспечивает устойчивость сепарационному процессу и, как след-, ствие, не позвол ет избежать нежелательных колебаний аэродинамических и сепарационных характеристик.However, the known method of separation of the dispersed phase does not eliminate the secondary entrainment of particles, significantly reducing the degree of separation, and because the separated and enriched in solid phase part of the system is not subjected to further purification, the method does not ensure the stability of the separation process and, as a result, allows to avoid undesirable oscillations of aerodynamic and separation characteristics.

Известен также способ отделени дисперсной фазы, включающий придание потоку вр гида т ель но го движени статическим закручивателем и направлениеThere is also known a method of separating the dispersed phase, which includes imparting to the flow a temporary movement by a static spinner and the direction

потока внутрь вpaщaF6иeйc цилиндрической обечайки вдоль ее оси 2. Однако данный способ не может достичь наилучшей эффективности очистки дисперсионной среды из-за равенства вращательной скорости ротора и окружной составл ющей скорости пограничного сло системы и вследствие того, что в процессе сепарации часть flow inside the rotational F6 and eic of the cylindrical shell along its axis 2. However, this method cannot achieve the best cleaning efficiency of the dispersion medium due to the equality of the rotational speed of the rotor and the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the system and due to the fact that during the separation part

10 потока, несущего наиболее тонкие фракции, не подвергаетс повторной очистке. Кроме того, это лишает сепарационный процесс важного качества .устойчивости.10 of the stream carrying the thinnest fractions is not re-cleaned. In addition, it deprives the separation process of an important quality stability.

1515

Равенство вращательной скорости ротора и окружной составл ющей скорости пограничного сло системы хот и влечет стирание пограничного сло , как следствие, ослабление отрицатель20 ных дл сепарации влений, сопутствующих образованию пограничного сло (рост профильного сопротивлени , эффект Магнуса, подъемна сила и т.д но отнюдь не устран ет вторичные те25 чени полностью и обусловленного ими вторичного уноса, так как вторичные токи об заны своим происхождением в значительной мере неоднородности пол давлений сепарируемой дисперс30 ной системы как следствию общей турбулентности потока, а не исключитель но существованию пограничного сло . Кроме того, неоднородность пол давлений и пограничный слой как результаты в зкостных сил - влени в известном смысле независимые, т.е. вли друг на друга при совместном действии, могут существовать одно без другого. Целью изобретени вл етс повышение степени сепарации и ее стаЪилизации . Поставленна цель достигаетс hreM, что обечайку вращают со скороЬтью в 1,5-2,0 раза превышающей скорость потока после статического закр чивател . Периферийную часть потока на выходе из обечайки направл ют на ее вход, Отдел ема частица вследствие касательного удара о внутреннюю поверхность ротора приобретает быстрое вращение, возникает поперечна сила Жуковского, увлекающа частицу к центру зоны сепарации, в дальнеШием така частица выноситс с очищенной средой (вторичный унос). При вращении ротора с одинаковой, что и окружна составл юща пограничного сло , скоростью эффект силы Жуковского и вторичных течений (грат диент пол давлений) до некоторой степени сводитс к нулю, и только враща ротор с более высокой (в l,52 ,0 раза), чем окружна составл юща пограничного сло , скоростью можно достичь наиболее благопри тного дл сепарации услови , когда и поперечна сила Жуковского и градиент пол давлений не исчезают, как это имеет место дл случа прототипа, а просто мен ют направлени действий на пр мо противоположное и уже не увлекают частицу к центру зоны сепарации, а напротив прижимсцот и таким образом, удерживать отсепарированную частицу на внутренней поверхности ротора.Это важно дл эффективной сепарации как грубых, так и тонких фракций поскольку частицы, раз достигшие гра ницы осаждени (ротора), уже никак не могут покинуть ее и попасть тем самым во вторичный унос. Рециркул ци части дисперсной сис темы имеет то достоинство/что сепара . ционный процесс благодар ей делает1с замкнутым и тем самым технологически устойчивым, чем свод тс --к минимуму вредные дл сепарации колеба ни аэродинамических и сепарационны характеристик. На чертеже изображен сепаратор| реализующий данный способ. Сепаратор содержит ротор 1, выпол ненной в виде полого цилиндра,установленного на подшипниках 2 в опорах 3, закрепленных на внутренней стенк цилиндрического корпуса 4. К нижнему основанию корпуса прикреплена коническа обечайка 5, через боковую поверхность которой к ротору подведен вход- . ной патрубок 6, а выходной патрубок 7 вместе с крьошкой 8 прикыкает к верхнему основанию корпуса. Внутренние концы входного и выходного патрубков коаксиально с зазором установлены внутри ротора со стороны соответственно нижнего и верхнего оснований ротора. Входной патрубок заканчиваетс неподвижно установленным завихрителем 9. Ротор соединен с внешним приводом 10 ременной передачей 11. Зона активной сепарации 12 образована внутренней частью ротора. Способ отделени дисперсной фазы, преимущественно тонкой,от дисперсионной среды заключаетс в следующем. Дисперсную систему, движущуюс ло входному патрубку 6, закручивают завихрителем 9 и подают внутрь полого ротора 1 в зону активной сепарации 12. Ротору с помощью привода 10 и ременной передачи 11 придают вращение , причем угловую скорость ротора устанавливают в 1,5-2,0 раза выше окружной составл ющей скорости пограничного сло системы. На всем пути, начина от завихрител , взвешенные частицы испытывают действие центробежных сил, и по мере дальнейшего продвижени к выходу из зоны активной сепарации, приближаютс к внутренней поверхности осаждени ротора. Частицы, достигшие внутренней поверхности ротора, транспортируемые движущей силой потока, продолжают безотрывное движение по ней, так как скорость вращени ротора больше скорости вращени потока после статического закручивател в 1,5-2,0 раза, что предупреждает вторичный унос частиц. Таким образом, дисперсна система, достига выходного патрубка 7 расслаиваетс и очищенна часть дисперсионной среды по выходному патрубку 7 устремл етс наружу. Друга часть система, обогащенна дщсперсной фазой , попадает в кольцевое пространство между корпусом 4 и ротором, и под действием сил т жести и частично инерции, тверда фаза окончательно отдел етс от несущего потока и оседает на дно конической обечайки 5 .- Неуспевшие осесть наиболее мелкие фракции, продолжак р|ие витать в несущей среде, через кольцевое пространство , образованное внутренней кой нижнего основани ротора и входным патрубком б, рециркул ционным потоком, вновь возврсццаетс в зону активной сепарации, где подвергаетс дальнейшей сепарации и т. д. Лабораторные испытани провод т на сепараторе со следующими техникоконструктивными данными: ротор, вы;полненный в виде полой тонкостенной оболочки (цилиндра) с радиусом основани 0,09 м, высотой 0,65 м, корпус - соосиый с ротором полый цилинд с радиусом 0,115 м и высотой 0,75 Mf крыижа с выходным патрубком радиуса 0,05 м, сборник с входным патрубком радиуса 0,05 м, направл юща розетка авихр юща способность которой равна 1/5. Целью испытаний вл етс оценка , вли ни фактора более быстрой закрутки ротора по сравнению с окружно составл ющей скорости пограничного сло потока и фактс ра рециркул ции на величину общей степени сепарации. Испытани провод т на стендовом оборудовании: вентил ционна установ ка (максимальна производительна способность 1100 ), шиековьлй пылёпитатель с зубчатым редуктором (максимальна производительна способность 100 г/мин), измерительные приборы: U-образные жидкостные (дис тиллированна вода) манометры со шка лой делени 800 иФ1 вод, ст., реометр с поворотной диафрагмой, вольтметр, весы аналитические, ртутные термомет ры, психрометр с двум термометрами типа Гинц етмета, барометр, секундомер , дисперсным материалом служила угольна пыль. Методикой испытаИий предусматриваетс исследование аппарата дл случа , когда скорость вращени рото ра и окружна составл юща скорости пограничного сло потока равны (1); исследование аппарата дл случаев, когда скорость вращени ротора выше окружной составл ющей скорости погра ничного сло потока (2); исследование аппарата при отсутствии рециркул ции части потока (3); исследование аппарата при наличии рециркул ции (4) . Во всех случа х работы сепаратора оценивают величины степени сепарации а затем вычисл ют абсолютные разности этих величин дл соответствуиадих вариантов испытаний. Результаты испытаний и значени характеристически параметров, при которых они получены, сведены в таблицу. Установленные абсолютные разности степени сепарации 21,3% и v. 12,6% позвол ют заключить, что вращение ротора со скоростью, превьаиающей окружную составл ющую скорость пограничного сло потока в 1,5-2,0 раза (число оборотов ротора, которым отвечает наивысша степень сепарации) колеблетс в пределах 180-210 об/мин, что соответствует в единицах вращав тельной скорости ротора 1,5-1,9 м/с, величина же окружной составл ющей скоростипограничного сло потока 0,7-1,2 м/с и рециркул ци части дисперсной системы, выделенной в процессе сепарации, действительно способствуют повыиёнию степени сепарации. Кроме того, установлено, что дальнейшее увеличение вращательной скорости ротора, т.е. когда величина последней превосходит значение окружной составл ющей пограничного сло более чем в 1,5-2,0 раза, не только не вызывает увеличени степени сепарации , но напротив, с некоторого момента (примерно когда это превышение кратно 3) наблюдаетс ее снижение из рассмотрени величин уловленной пыли (способ 3 и 4) видно, что первые отличаютс большим разбросом значений, чем вторые, и значит рециркул ци на ceiMOM деле способствует также и цел м стабилизации процесса. Рециркул ци части потока, содержащего наиболее тонкие фракции, повышает величину степени сепарации на 5-10%} мельчайшие взвеси, не успевшие отделитьс от несущей среды за полный цикл процесса, рециркул ционным потоком вновь возвращаютс в зону активной сепарации, где претерпевает дальнейшее отделение. Увеличение степени сепарации на 15-20% достигаетс и тем, что ротор закручиваетс с вращательной скоростью в 1,5-2,0 раза большей окружной составл ющей скорости пограничного сло «жстекы, так как при этом полностью устран етс вторичный унос .частиц. The equality of the rotational speed of the rotor and the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the system though leads to the deletion of the boundary layer, as a result, weakening of the phenomena associated with the formation of the boundary layer that are negative for separation (growth of the profile resistance, Magnus effect, lifting force, etc.) eliminates the secondary flow completely and the resulting secondary ablation, since the secondary currents are due to their origin to a large extent the heterogeneity of the pressure field of the separated dispersion as a consequence of the general turbulence of the flow, and not solely the existence of the boundary layer. In addition, the heterogeneity of the pressure field and the boundary layer as the results of viscous forces - phenomena that are in a certain sense independent, that is, influenced by each other under joint action, can exist one without the other. The aim of the invention is to increase the degree of separation and its stabilization. The goal is achieved hreM that the shell rotates with a speed of 1.5-2.0 times the flow rate after the static curtain l. The peripheral part of the flow at the exit from the shell is directed to its entrance. The separable particle acquires fast rotation due to a tangent impact on the inner surface of the rotor, Zhukovsky transverse force occurs, dragging the particle to the center of the separation zone, in the further such particle is carried out with the cleaned medium (secondary entrainment ). When the rotor rotates with the same, as the circumferential component of the boundary layer, the speed effect of the Zhukovsky force and secondary currents (pressure crater) decreases to some extent to zero, and only rotates the rotor with a higher (l, 52, 0 times) than the circumferential component of the boundary layer, the speed can achieve the most favorable conditions for separation, when both the Zhukovsky transverse force and the pressure field gradient do not disappear, as is the case for the prototype case, but simply change the direction of action to the opposite and no longer drag the particle to the center of the separation zone, but oppositely to the clip and thus keep the separated particle on the inner surface of the rotor. This is important for efficient separation of both coarse and fine fractions since the particles that have reached the precipitation boundary (rotor) already can not leave it and thus get into the secondary entrainment. Recycling a part of the dispersed system has the advantage / advantage of separating. Due to this, the process makes it closed and thus technologically stable, thereby minimizing the oscillation and aerodynamic characteristics that are harmful for separation. The drawing shows a separator | implementing this method. The separator contains a rotor 1, made in the form of a hollow cylinder mounted on bearings 2 in supports 3, mounted on the inner wall of the cylindrical body 4. A conical shell 5 is attached to the lower base of the body, through the side surface of which the inlet is led to the rotor. The nozzle 6 and the outlet nozzle 7 together with the key 8 are attached to the upper base of the housing. The inner ends of the inlet and outlet nozzles are coaxial with a gap mounted inside the rotor from the side of the lower and upper bases of the rotor, respectively. The inlet is terminated by a fixedly mounted swirl 9. The rotor is connected to an external drive 10 by a belt drive 11. The active separation zone 12 is formed by the inside of the rotor. The method for separating the dispersed phase, preferably thin, from the dispersion medium, is as follows. The dispersed system, moving the inlet nozzle 6, is twisted with a swirler 9 and fed into the hollow rotor 1 into the active separation zone 12. The rotor is rotated with the help of the drive 10 and the belt gear 11, the rotor angular speed is set 1.5-2.0 times above the peripheral component of the velocity of the boundary layer of the system. All the way, starting from the swirler, the suspended particles experience centrifugal forces, and as they continue to move out of the active separation zone, they approach the inner surface of the rotor deposition. Particles that have reached the inner surface of the rotor, transported by the driving force of the flow, continue to continuously move along it, since the rotational speed of the rotor is 1.5-2 times higher than the rotational speed of the flow after the static spinner, which prevents secondary entrainment of particles. Thus, the dispersed system, reaching the outlet pipe 7, splits and the cleaned part of the dispersion medium rushes out through the outlet pipe 7. The other part of the system, enriched with the axle phase, enters the annular space between the housing 4 and the rotor, and under the action of gravity and partially inertia, the solid phase is finally separated from the carrier flow and settles to the bottom of the conical shell. 5- The smallest fractions , continuing to hover in the carrier medium, through the annular space formed by the inner lower base of the rotor and the inlet nozzle b, by the recirculation flow, returns to the active separation zone, where it is subjected to Flax separation, etc. The laboratory tests are carried out on a separator with the following technical design data: a rotor, you; filled in the form of a hollow thin-walled shell (cylinder) with a base radius of 0.09 m, 0.65 m high, the housing coaxial with the rotor a hollow cylinder with a radius of 0.115 m and a height of 0.75 Mf of the carriage with an outlet nozzle of a radius of 0.05 m, a collection with an inlet nozzle of a radius of 0.05 m, the guide outlet of which is 1/5 of a vortex. The purpose of the test is to assess the effect of a faster rotor twisting factor compared to the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the flow and the fact of recirculation on the value of the overall degree of separation. The tests were carried out on bench equipment: a ventilation unit (maximum capacity 1100), an external dust collector with a gear reducer (maximum capacity 100 g / min), measuring devices: U-shaped liquid (distilled water) pressure gauges with a scale 800 iF1 of water, art., Rheometer with rotary diaphragm, voltmeter, analytical scales, mercury thermometers, psychrometer with two Ginz etmetta thermometers, barometer, stopwatch, coal dust served as a dispersed material. Testing procedure provides for the study of the apparatus for the case when the speed of rotation of the rotor and the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the flow are (1); study of the apparatus for cases when the rotational speed of the rotor is higher than the peripheral component of the velocity of the boundary layer of the flow (2); investigation of the apparatus in the absence of recirculation of a part of the stream (3); apparatus investigation in the presence of recirculation (4). In all cases of the operation of the separator, the values of the degree of separation are estimated and then the absolute differences of these values are calculated for the corresponding test variants. The test results and the characteristic values of the parameters at which they were obtained are tabulated. The established absolute differences of separation are 21.3% and v. 12.6% allow to conclude that the rotation of the rotor with a speed that exceeds the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the flow in 1.5-2.0 times (the number of rotor turns, which corresponds to the highest degree of separation) ranges from 180-210 rev / min, which corresponds in units of rotational rotor speed of 1.5-1.9 m / s, the same value of the circumferential component of the velocity of the boundary layer of the flow of 0.7-1.2 m / s and the recirculation of the part of the dispersed system, selected during the separation process really contribute to increasing the degree of separation. In addition, it was found that a further increase in the rotational speed of the rotor, i.e. when the value of the latter exceeds the value of the peripheral component of the boundary layer by more than 1.5-2.0 times, not only does not cause an increase in the degree of separation, but on the contrary, from some point (approximately when this excess is a multiple of 3), its decrease is observed from considering the values The collected dust (method 3 and 4) shows that the former differ in a large scatter of values than the latter, and this means that recycling to the ceiMOM also contributes to the stabilization of the process. Recycling a part of the stream containing the finest fractions increases the separation by 5–10%. The smallest suspensions, which did not have time to separate from the carrier medium during the full process cycle, return the flow back to the active separation zone, where it undergoes further separation. An increase in the degree of separation by 15–20% is also achieved by the fact that the rotor twists with a rotational speed 1.5–2.0 times greater than the peripheral component of the velocity of the boundary layer of the cup, since this removes the secondary entrainment of the particles.

«л ел"L ate

CSCS

соwith

VO CTlVO CTl

и and

VO 00VO 00

0000

1Г11G1

смcm

тЧ Г1PM G1

«л "L

со 0from 0

CJCJ

мm

Г| ш юR | sh you

аbut

OiOi

t-t гНtt t

о «-)about "-)

оabout

гНrH

соwith

0000

inin

оabout

1Л1L

ъ ъ

ъъ

tH NtH N

CNCN

о смo see

оabout

о смo see

оabout

0000

оabout

о смo see

ъъ

||

смcm

N CSN CS

MM

гоgo

оabout

т-(t- (

r-tr-t

У1U1

сwith

лl

елate

см смsee cm

с смwith see

смcm

см смsee cm

смcm

см смsee cm

сч смsch cm

(N(N

NN

ГМ О4GM O4

см счsee sc

о о рabout o r

о о смoh oh see

о about

о оoh oh

о о см oh oh see

о о смoh oh see

о о см о гчoh oh oh ohh

NN

о о VOabout o VO

о оoh oh

оabout

о оoh oh

оabout

о I about i

о иabout and

VOVO

VO «оVO "o

VOVO

Claims

1. A method of separating a dispersed phase from a gas flow, which includes imparting rotational motion to a flow by a static spinner and a direction of flow into the rotating cylindrical shell along its axis, characterized in that, in order to increase the degree of separation and its stabilization, the shell is rotated at a speed of 1 5-2 times

exceeding the rate of rotation of the flow after the static twister.

2. Method POP.1, I distinguish that with the fact that the peripheral part of the flow at the outlet of the shell is directed to its inlet.

Sources of information taken into account in the examination

1. USSR author's certificate No. 425635, CL. B 01 D 45 / 14.28.10;

2. Patent GDR 69505, C.50, e 2/50, olublik. 20.10.69.