МАШИНОСТРОЕНИЕ

СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПАРОЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ

Инерционные каплеуловители. В каче­стве инерционных каплеуловителей использу­ются различные насадки (кольца Рашига, седла Бер ля, сферы), вязаная сетка (демистеры), пла­стины волнообразного и зигзагообразного (уг­лового) профилей, жалюзи, слои которых уста­навливают в верхней части аппарата. В зави­симости от расположения в пространстве инерционные каплеуловители подразделяют на горизонтальные, вертикальные и наклонные.

Центробежная сепарация паро(газо)- жидкостных систем отличается высокой эф­фективностью и широко применяется в тепло - и массообменной аппаратуре. Механизм разде­ления паро(газо)жидкостных систем в поле центробежных сил представляет собой весьма сложный процесс, зависящий от ряда физиче­ских, конструктивных и эксплуатационных факторов.

При тангенциальном вводе паро(газо)- жидкостной смеси в циклонный сепаратор ка­пли жидкости частично отбрасываются цен­тробежной силой к стенкам сепаратора, час­тично под воздействием радиального течения смеси, обусловленного вязкостью закрученно­го потока, перемещаются к его оси, попадают в осевую зону разряжения и выносятся из аппа­рата (рис. 3.1.60).

Теоретическими и экспериментальными исследованиями [31] установлено, что условия центробежной сепарации двухфазных систем определяет критерий циклонного процесса

£>Ч2 кр р'

Или его модификация

/3 (р'-р')

С'

R

Где d(r) - диаметр (радиус) цилиндрической части циклона; w0Kp - окружная скорость па­ра в циклоне; v - кинематическая вязкость среды; р',р" - плотность соответственно дис­персной фазы и дисперсионной среды.

Критерий циклонного процесса характе­ризует взаимодействие равнодействующей центробежной и архимедовой сил и сил моле­кулярного трения и является аналогом числа Архимеда применительно к процессам, иду­щим в поле центробежных сил.

Исследования центробежной сепарации вторичных паров при выпаривании растворов показали, что унос капель жидкости паром из циклонного сепаратора характеризуется тремя гидродинамическими режимами [31]: 1) лами­нарным осаждением капель (применим закон Стокса); 2) переходным; 3) устойчивым турбу­лентным.

При ламинарном режиме высота сепара­тора в исследованных пределах (300...900 мм) не влияет на качество пара, так как процесс осаждения в этих условиях осуществляется главным образом под действием центробежных сил. В этом режиме Су< 1,8-1014 и унос опреде­ляется по уравнению

5 = 0,23-10"8C^87^-0'63, (3.1.3)

Где Кр = ----- -=•

УЦр'-р")

Критерий Кр характеризует отношение

Абсолютного давления в системе к скачку дав­ления на границе раздела фаз.

При Су > 1,8-1014 сепарация в циклоне

Осуществляется в две ступени: под действием центробежных сил и под влиянием турбулент­ных пульсаций в радиальном направлении.

В переходном режиме, ограниченном об­ластью 1,8 -1014 <Су< 2,75-1014, количествен­ная зависимость, определяющая интенсивность уноса, может быть выражена критериальным уравнением

Л ,32

S = BC3/]Kp°>75

1<?(р '-р')/

(3.1.4)

Где В - коэффициент; Н - высота циклона; q - содержание жидкости в потоке.

В области устойчивого турбулентного движения {Су> 2,75-1014)

5 = 0,525-Ю"7 С°/7Кр°>27х

Ч 0,91

(3-1.5)

Для обеспечения более эффективного разделения паро(газо)жидкостных систем це­лесообразно уменьшать диаметр циклонов и использовать сепарирующие устройства типа батарейных циклонов или гидроциклонов с эле­ментами диаметром 40...250 мм, необходимое число которых определяется отношением где G£ - требуемая общая производитель­ность аппарата; G\ - производительность еди­ничного аппарата

Зависимости (3.1.3) - (3.1.5) получены для условий, когда в поступающем в циклон­ный сепаратор парожидкостном потоке массо­вый расход жидкости значительно выше мас­сового расхода пара, т. е. пар выделился из па - рожидкостного потока, в котором он образо­вался.

Если в циклонный сепаратор поступает паро - или газожидкостный поток, в котором жидкости относительно немного и она распре­делена в паровой (газовой) фазе в виде отдель­ных капель, то унос определяется другими за­кономерностями [31]. Одним из основных факто­ров, влияющих на эффективность отделения ка­пельной жидкости в этих условиях, является ско­рость ввода паро(газо)жидкостной смеси в тан­генциальный патрубок wBB.

Сначала с увеличением wBB наблюдает­ся снижение влажности W, затем по достиже­нии определенных значений wBB, дальнейшее

Увеличение скорости газа во входном патрубке приводит к увеличению уноса. Возрастание влажности W связано с тем, что при больших

Значениях wBB происходит срыв пленки жид­кости со стенок циклона и вторичный унос об­разующихся при этом капель.

Для переходной области характерен пульсационный режим образования кольца жидкости в верхней части циклона. В началь­ный момент работы на высоте 600...800 мм над осью входного патрубка образуется кольцо жидкости. По мере ее накопления увеличива­ется толщина кольца и оно постепенно спуска­ется к верхней кромке входного патрубка. Кап­ли интенсивно срываются с поверхности жид­кости, что приводит к возрастанию уноса жид­кости из циклона. При достижении определен­ной массы кольцо жидкости срывается вниз. Это сопровождается резким увеличением со­противления циклона и вторичным уносом жидкости. Затем процесс повторяется. Даль­нейшее повышение скорости wBB > 80 м/с ха­рактеризуется отводом жидкости из циклона в верхний патрубок в виде восходящих спираль­ных струй, поднимающихся по стенкам аппа­рата. Образования кольца жидкости не проис­ходит.

Для исключения этого разработана кон­струкция циклона (рис. 3.1.61), в которой жид­кость активной зоны сепарации капель отво­дится через специальные щели. Вертикальная щель, расположенная диаметрально противо­положно входному патрубку, служит для отво­да пленки жидкости, образующейся непосред­ственно на первой 1/4 витка закрученного по­тока, тем самым предотвращается ее унос при повороте вверх газового потока в нижней части циклона. Горизонтальная щель, расположенная над входным патрубком на расстоянии 150 мм от его оси, служит для отвода пленки жидко­сти, образующейся из капель выше входного патрубка, что предотвращает унос жидкости через выходной патрубок циклона.

В качестве каплеуловителей могут быть использованы циклоны ЦН-24, ЦН-15, ЦН-11.

Для предотвращения выноса жидкости из циклона в виде пленки применяется циклон с разрывом в выхлопной трубе (рис. 3.1.62).

Помимо центробежных каплеуловителей выносного типа, к которым относятся циклоны, в последнее время получили распространение центробежные сепараторы, непосредственно размещенные в аппарате, - встроенные капле - уловители.

Метод осаждения взвешенных капель частичной конденсацией применяют в ряде случаев, когда требуется более высокая сте­пень очистки вторичного пара. Он позволяет очистить пар до W = 10 6... 10 7 кг/кг. Высокая эффективность конденсационной сепарации обусловлена выделением метких капель диа­метром до десяіьіч доїси микрона. Использо­вание в гехнодої иче^кич іроцессах конденсата и теплоты конденсации пара, а также простых по конструкции трубчатых конденсационных сепараторов обеспечивает высокую экономич­ность очистки пара методом частичной кон­денсации.

Конденсация пара способствует укрупне­нию капель, в результате чего возможно при­менение инерционной и центробежной сепара­ции.

Конденсационная сепарация пара - слож­ный процесс, зависящий от ряда физических и конструктивных факторов. При продольном обтекании паром вертикального трубного пуч­ка капли, находящиеся в нем, перемещаются к поверхности конденсации под воздействием конденсирующейся части пара, а также под

Действием термодиффузиофореза и стефанов - ского течения. Капли, которые достигли по­верхность конденсации, осаждаются на ней, остальные выносятся из аппарата. Вблизи по­верхности раздела фаз может происходить конденсационное укрупнение капель, что спо­собствует их осаждению. При поперечном движении пара относительно пучка труб суще­ственный вклад в развитие процесса осаждения капель могут вносить также силы инерции, возникающие вследствие отклонения линий тока у поверхности трубок.