Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

§ 2. Метод сепарации

Метод сепарации основан на осаждении находящихся в газе частиц под действием сил тяжести и инерции.

Рис. 1. Масловлагоотделитель: 1 – корпус, 2 – насадочная часть.
3 – решетка, 4 – выпускная труба, 5 – подводящий трубопровод, 6 – вентиль.

Простейший сепаратор-масловлагоотделитель (рис. 1) состоит из корпуса 1, насадочной части 2, решетки 3, выпускной трубы 4. Газ, содержащий примеси влаги или масла, подводится к аппарату по трубопроводу 5, направленному по касательной к корпусу 1, вследствие чего происходит вращательное движение газа вокруг выпускной трубы 4. Под действием сил инерции частицы влаги или масла, обладающие большей массой, отбрасываются от центра к периферии, осаждаются на цилиндрических стенках аппарата и оседают вниз; газ, освобожденный от примесей, удаляется по выпускной трубе 4. Осевшие частицы периодически или непрерывно выводятся через вентиль 6. Вторичному уносу жидкости с газом препятствуют насадка 2 и решетка 3.

Размеры сепаратора могут быть определены по уравнениям, приведенным в [12].

1. Внутренний радиус выпускной трубы r_T можно определить из уравнения

(1-1)

где V - производительность аппарата, м³/с, w = 4 ÷ 8 м/с - скорость газа в выхлопной трубе;

2. Наружный радиус выпускной трубы равен

(1-2)

где δ - толщина стенки трубы, м.

3. Радиус цилиндрической части аппарата определяют из предположения, что за время t пребывания газа в аппарате, частицы примесей должны под действием сил инерции и силы тяжести пройти путь, равный r - r₁.

а) Время пребывания газа в аппарате

(1-3)

где r — радиус цилиндрической части аппарата, n = 1,5 - число оборотов частиц газа в аппарате вокруг выпускной трубы, w – средняя окружная скорость газа в аппарате, которую обычно принимают равной 12 ÷ 14 м/с.

б) Время осаждения частиц под действием сил инерции и силы тяжести

(1-4)

где w₀ – скорость осаждения частиц, м/c.

Скорость осаждения может быть определена по приведенным ниже уравнениям в зависимости от числового значения критерия Рейнольдса.

При Re ≤ Re_кр (критическое значение критерия Рейнольдса при осаждении примесей в центробежных аппаратах равно двум) скорость осаждения

(1-5)

Для Re > Re_кр

(1-6)

где d_ч - средний диаметр частиц, м; ρ₁ ρ₂ - плотность частиц и газа соответственно, кг/м³;
ξ - коэффициент сопротивления среды.

Экспериментально установлено [12], что коэффициент сопротивления имеет значения:

- фактор разделения – безразмерная величина, численно равная отношению центробежной силы к силе веса данного тела. Этот фактор показывает, что скорость осаждения частиц в центробежных аппаратах выше скорости осаждения частиц под действием только сил тяжести. При его определении величиной r задаемся предварительно, а затем проводим проверку.

Для определения скорости осаждения по уравнениям (1-5, 1-6) необходимо предварительно знать значение критерия Рейнольдса, в который входит и искомая скорость осаждения

Поэтому приходится заранее задаваться либо величиной w₀, либо Re и в дальнейшем проверять скорость осаждения по указанным уравнениям.

Из сравнения уравнений(1-3) и (1-4) определяют радиус корпуса аппарата

(1-7)

Практически [12] газ в аппарате делает около 1,5 оборота и поэтому можно считать,
что 2πn = 10. Тогда

(1-8)

4. Высоту l₂ определяют из уравнения

(1-9)

Принимают l₂ = l₂ = h.

5. Общую высоту аппарата H на основе практических данных принимают равной 4d. В таких аппаратах достижимая степень очистки (отношение количества выделившейся примеси к ее количеству в потоке до очистки) находится в пределах 90 ÷ 85%.

Метод сепарации используется для грубой (предварительной) очистки газов, т.к. позволяет улавливать только частицы размером больше ≈ 10 мкм.

Для тонкой очистки технологических газов от капельных жидкостей и твердых примесей применяется метод фильтрации.

Следующая страница: 1.3. Метод фильтрации