Диссертация (1025509), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

При этом остаются открытымивопросыопределенияконструктивноготехнологическихоформленияпараметровпроцессагидроциклонов-классификаторовималыхразмеров с инжекцией. В частности, определение характеристик аппаратов,конструктивногоинжекционныхоформленияотверстий,инжектора,симметричностьвключаяиколичествонаправлениевводаинжектируемых струй относительно основного потока и ряд других.Следует особо подчеркнуть, что данные о характеристиках работыгидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией в настоящиймомент не только отсутствуют, но и даже не сформулированы, испециалистывынужденыбазироватьсянафрагментарныхэкспериментальных исследованиях, комплексное проведение которых небыло реализовано. При этом они вынуждены обращаться к опытуприменения гидроциклонов в смежных областях, что может приводить нетолько к ошибочным решениям, но и непосредственно влиять набезопасность протекающих процессов.Решение указанных проблем может быть отнесено к основным задачамтеоретических, экспериментальных и модельных исследований данной37работы.

При этом выбор в качестве основного объекта исследованийпредставленнойконструкциигидроциклонов-классификаторовмалыхразмеров с инжектором, расположенным внизу конической части аппарата,следует признать практически обоснованным.Указанныеобстоятельствазаставляютобратитьсякпроведениютеоретических исследований в этой области. В первую очередь, крассмотрениюособенностейпроцессаклассификациисуспензийвцилиндроконических гидроциклонах, что требует также рассмотрениявопросов гидродинамики.1.2.Особенностипроцессаклассификациисуспензийвцилиндроконических гидроциклонах малых размеров с инжекцией1.2.1. Основные характеристики цилиндроконических гидроциклоновклассификаторовОдной из основных технологических характеристик цилиндроконическихгидроциклонов-классификаторовявляетсяобщаяпроизводительностьаппарата.

Исследование данного вопроса показало, что одновременное иразноплановое влияние многих параметров на эту характеристику непозволяет установить для нее универсальную математическую зависимость[59,79,90,99,108,121,126,143].Вбольшинствеслучаевзависимости,предназначенные для оценки производительности гидроциклонов, получаютэкспериментально, рассматривая гидроциклон как местное сосредоточенноесопротивление [90,108,126,143].Анализработприменительно[1,6,37,59,79,90,99,108,121,126,143,186]ктехническимрасчетамдляпоказал,оценкичтообщейпроизводительности аппаратов с выходом в атмосферу могут бытьиспользованы зависимости вида:38Q  k ' d вх2 p ,(1.1)где Q – объемный расход суспензии на входе в аппарат, k’ – эмпирическийкоэффициент, dвх – диаметр входного отверстия аппарата, p – избыточноедавление суспензии на входе в аппарат.

В указанных работах делалисьпопытки определения значения коэффициента k' с помощью ряда основныхконструктивных и технологических параметров гидроциклона k'= k'(dц, dн, dв,Lц, Re, …), где Re – число Рейнольдса.Наиболее полные результаты исследования общей производительностицилиндроконическихгидроциклоновпредставленывмонографиях[90,108,126,143], где приведены основные расчетные зависимости дляопределенияпроизводительностицилиндроконическихгидроциклоновдиаметром от 20 до 500 мм, что фактически охватывает весь диапазонпрактического применения гидроциклонов-классификаторов. При этом,независимо от области применения, гидроциклон рассматривался в качествесосредоточенного сопротивления. Корректность подобного допущенияприменительнокгидроциклонам-классификаторамсинжекциейдонастоящего времени не исследовалась, что в данном случае ограничиваетвозможности использования известных зависимостей для определения общейпроизводительности цилиндроконических гидроциклонов.Результаты расчетов общей производительности цилиндроконическихгидроциклоновмалыхразмеровпозависимостям,предложеннымразличными авторами [1,37,59,90,186], с учетом данных Таблицы 1представлены на Рисунке 1.11.

При этом среднее значение относительныхпогрешностей расчета с помощью данных зависимостей составило около30%.391,0E-03М.Г. Акопов [1]8,0E-04Q, м3/сВ.А. Замбровский [37]6,0E-04В.П. Курбатов [59]4,0E-04А.И. Поваров [90]2,0E-04Н. Травинский [187][186]0,0E+000100200300p0,5,Па0,5РисунокРезультаты1.11.расчетаобщейпроизводительностицилиндроконических гидроциклонов малых размеровРасхождениенеоднозначнымрасчетныхвыборомзависимостейопределяющихможетбытьпараметров.Вобъясненочастности,использование объемного расхода может не обеспечивать однозначности присопоставлении расчетных результатов, так как определяющей величинойможно считать и тангенциальную компоненту скорости движения жидкостив аппарате, которая зависит не только от общего расхода системы, но и отцелого ряда поправочных коэффициентов [108], которые в свою очередьопределяются особенностями конструктивного оформления гидроциклонов.Например, при проектировании питающего канала прямоугольной формыотношение его ширины a к высоте b' обычно принимают равным длягидроциклоновсдиаметромцилиндрическойчастиdц=5...50ммa:b’=0,4...0,6, при dц=50...150 мм a:b’=0,25...0,4, а при dц>150 ммa:b’=0,15...0,33 [108].Несмотря на отсутствие количественной однозначности, представленныеданные позволяют в прикладных расчетах считать проблему определенияобщейпроизводительностицилиндроконическихгидроциклоновнаэмпирическом уровне описания практически решенной.Применительно к цилиндроконическим гидроциклонам-классификатораммалых размеров с инжекцией объективные данные о характере зависимости40основного расхода и тангенциальной компоненты скорости от давленияпитания аппарата в настоящее время отсутствуют.К технологическим характеристикам гидроциклона обычно относят такжесплит-параметр [126,143], который выражается через отношение выходногорасхода в верхнем сливе Qв аппарата к расходу в нижнем сливе Qн:S '  Qв Qн .(1.2)По мнению авторов [108,126,143,173], данный параметр, характеризуяперераспределение основного потока между верхним и нижним сливнымиотверстиямигидроциклона,взначительнойстепениопределяетэффективность процесса классификации твердых частиц в аппарате.В монографиях Поварова [89], Брэдли [126] имеется более десятирасчетных зависимостей для вычисления величины S', которые можноразделитьнадвеструктурныеS '  K1 dв d н   Qb'' ,разновидности:a ''S '  K 2 dв d н  , где a'', b'', c'', К1 и К2 – эмпирические коэффициенты.c ''В результате основным геометрическим параметром, оказывающимопределяющее влияние на величину S', следует признать разгрузочноеотношение dв d н .

Однако даже при постоянном отношении диаметровразгрузочных отверстий, величина сплит-параметра зависит от ряда условий,в частности, от гидродинамической обстановки в аппарате [126,143]. Приэтомизменениеструктурывнутреннихпотоковгидроциклона-классификатора при наличии инжекции также может оказывать заметноевлияние на сплит-параметр аппарата.Ктехнологическимгидроциклоновможнотакжехарактеристикамотнестицилиндроконическихвыходныехарактеристикиэффективности разделения и извлечения дисперсной фазы в этих аппаратах,которые рассчитывают по известным методикам [108,126,143] (Таблица 2).41Таблица 2.Характеристики эффективности разделения и извлечения гидроциклоновПараметрДействительная эффективностьразделения частиц всех фракцийв нижнем сливе гидроциклона ηЭффективность извлечениячастиц всех фракций в нижнийслив гидроциклона η'Действительная эффективностьразделения частиц всех фракцийв верхнем сливе гидроциклона εЭффективность извлечениячастиц всех фракций в верхнемсливе гидроциклона ε'Зависимость для определения параметраmн mвх  mвVС 1 в вmвхmвхVвхСвхQнСн нQ С   QвСв в вх вх вх.QвхСвх вхQвхСвх вхпри  вх   вQС(Qв / Qн )СвS ' Св' 1  в в  1  1QвхСвх(Qв / Qн )Св  СнS ' Св  СнmVС в  в в ,mвх VвхСвх'  1при  вх   в '(Qв / Qн )СвS ' Св,(Qв / Qн )Св  Сн S ' Cв  Сн ' '  1Эффективность разделениячастиц i-ой фракции в нижнем иверхнем сливах гидроциклонаЭффективность извлечениячастиц i-ой фракции в нижнем иверхнем сливах гидроциклона, ' '  1Эффективность разделениявысокодисперсных частиц i-ойфракции в гидроциклоне, iв.д.

 iв.д.  1Эффективность извлечениявысокодисперсных частиц i-ойфракции в гидроциклоне, iв.д. 'iв.д. '  1i mнiVв С вi1,mвхiVвх С вхimвiVв С вii  i mвх Vвх С вхiпри  вх   в 'i  1 (Qв / Qн )С вiS ' С вi1(Qв / Qн )С вi  С нiS ' С вi  С нi(Qв / Qн )С вiS ' С вi 'i (Qв / Qн )С вi  С нi S ' С вi  С нi в .д . i mнiVв Свi1mвхiVвх Свхi в .д . i mвiVв СвimвхiVвх Свхiпри Свхi  Свi  Снi ,  вх   в(Qв / Qн )S'11,(Qв / Qн )  1S '1 S '1(Qв / Qн )S' iв.д. ' (Qв / Qн )  1 S '1iв.д. '  1 42Представленные в Таблице 2 выходные характеристики эффективностиизвлечения дисперсной фазы рассчитываются с помощью сплит-параметра S’и концентраций суспензии на входе в гидроциклон, в нижнем и верхнемсливах аппарата С вх , С н , С в с учетом времени отбора проб суспензии навходе в гидроциклон и в верхнем сливе аппарата  вх ,  в соответственно.Учитывая, что эти выходные характеристики эффективности извлечениямогутбытьоднозначновыраженычерезфункциюэффективностиразделения, определяемую с помощью масс частиц всех фракций на входе вгидроциклон, в нижнем и верхнем сливах аппарата mвх , mн , mв соответственно,в настоящей работе они детально не рассматриваются.

Характеристики

Список файлов диссертации