Циклонный сепаратор Советский патент 1992 года по МПК B04C5/81 

Изобретение относится к устройствам для классификации зернистых и пылевидных материалов по размеру частиц и их плотности и может быть использовано в производстве технического углерода для очистки его от посторонных включений.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки сажи за счет сокращения вторичного уноса частиц посторонних включений и уменьшения содержа- ния сажи в отходах.

На фиг. 1 изображен предлагаемый сепаратор; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - пылеопускной короб сепаратора, вертикальный разрез.

Циклонный сепаратор имеет цилиндрический корпус 1 с тангенциальным патрубком 2 для ввода аэрозоля и коническим днищем 3. К цилиндрическому корпусу 1 сверху большим основанием присоединен усеченный конус 4. Между корпусом 1 и усеченным конусом 4 установлена диафрагма 5 с центральным отверстием и насадкой б, представляющей собой усеченный конус, обращенный большим основанием в сторо- ну конического днища 3. Над усеченным конусом 4 установлена камера вывода очищенного аэрозоля с тангенциальным выпускным патрубком 7.

К коническому днищу 3 прикреплен пат- рубок 8 удаления отходов. В диафрагме 5 на периферии выполнено отверстие с отражательной лопастью 9. Отклоняющая лопасть 10 установлена под отверстием в стенке 11, соединяющей цилиндрический корпус 1 и коническое днище 3, Отверстия в периферической части диафрагмы 5 и стенке 11 расположены по одной.вертикальной линии. одно над другим, и соединены пылеопуск- ным коробом 12. установленным снаружи цилиндрического корпуса 1.

Усеченный конус 4, расположенный над диафрагмой 5, выполнен с углом раскрытия а, равным 60-120°, и диаметром большего основания D, составляющим 1,1-1,2 диаметра d цилиндрического корпуса 1. Диаметр центрального отверстия di, выполненного в диафрагме 5, составляет 0,4-0,6 диаметра d корпуса 1. Конусная насадка 6 выполнена с углом раскрытия у, составля- ющим 60-90°, Высота Н насадки 6 равна 1-1,5 высоты h корпуса 1. Диаметр Di основания конического днища 3 составляет 1,1- 1,2 диаметра d корпуса 1.

Сажевый аэрозоль, содержащий части- цы посторонних включений, подаваемый в циклонный сепаратор через тангенциальный патрубок с определенной кинетической, энергией, закручивается в

периферийной части цилиндрического корпуса и, образуя вращающийся нисходящий поток, поступает в коническое днище. В коническом днище из него формируется восходящий вращающийся поток. Основной процесс сепарации протекает при переходе частиц из нисходящего в восходящий поток. При этом изменении направления движения потока большинство частиц посторонних включений под действием инерционных сил выделяется из аэрозоля и осаждается в нижней части конического днища. Остальные частицы включений, наиболее легкие и мелкие, в процессе вторичного уноса захватываются вращающимся восходящим потоком и попадают в полость конической насадки, которая, оказывая влияние на формирование восходящего вихря, стабили: зирует поток, предохраняет его от размывания и непосредственного взаимодействия с нисходящим потоком. При движении потока вверх внутри конической насадки радиус его вращения уменьшается, а возникающие центробежные силы соответственно возрастают и возвращают некоторую часть посторонних включений в сепарационную зону.

При выходе потока сажевого аэрозоля из конической насадки через центральное отверстие в диафрагме в усеченный конус его скорость резко снижается и неуловленные ранее частицы включений собираются на периферийной части диафрагмы. Эти включения через отверстие в периферийной части диафрагмы и пылеопускной короб удаляются в коническое днище. Очищенный сажевый аэрозоль через камеру вывода с тангенциальным патрубком удаляется из сепаратора.

Величина угла раскрытия усеченного конуса, составляющего 60-120°, связана с условиями осаждения частиц, определяя границу их разделения, и влияет на степень возрастания центробежных сил по мере движения потока. При угле раскрытия усеченного конуса менее 60° (например, 55°) осаждение частиц посторонных включений происходит не в полной мере, некоторое их количество уносится с потоком сажевого аэрозоля. Содержание посторонних включений в саже после сепаратора возрастает и в данном случае составляет 0,0016%, что превышает норму, допускаемую по ГОСТ 7885-86.

При угле раскрытия усеченного конуса более 120° (например, 125°) центробежные силы возрастают по мере движения потока вверх столь быстро, что приводят к осаждению и некоторого количества сажевых частиц. Содержание сажи в отходах увеличйвается и составляет 48,1%. Кроме увеличения сажи в отходах возрастает возможность забивания усеченного конуса сажей, что существенно усложняет эксплуатацию циклонного сепаратора.

Отношение диаметра большего основания усеченного конуса над диафрагмой к диаметру цилиндрического корпуса D/d составляет 1,1-1,2 и определяет гидродинамический режим в сепарационной зоне над диафрагмой. При значении отношения диаметров менее 1.1 (например, 1,05) скорость аэрозоля в усеченном конусе остается достаточно большой и часть посторонних включений уносится потоком. Содержание посторонних включений в саже после сепаратора составляет в данном случае 0,0012%, что превышает норму ГОСТ на сажу. При отношении диаметров более 1,2 (например, 1,25) скорость аэрозоля в усеченном конусе снижается до такой степени, что происходит улавливание не только частиц посторонних включений, но и сажи. Количество сажи в отходах возрастает и составляет 50,0%.

Значение отношения диаметра центрального отверстия диафрагмы к диаметру цилиндрического корпуса di/d составляет 0,4-0,6 и определяет гидродинамический режим выхода потока аэрозоля из конусной насадки в усеченный конус. При отношении этих диаметров менее 0,4 (например, 0,375) дезко увеличивается гидравлииеское сопротивление сепаратора и в данном случае составляет 1,65 кПа.

При отношения диаметра центрального отверстия диафрагмы к диаметру цилиндрического корпуса более 0,6 (например, 0,625) скорость аэрозоля в конической насадке и в центральном отверстии диафрагмы снижается и количество уловленной сажи увеличивается. В этом случае содержание сажи в отходах возрастает и составляет 51,8%, Угол раскрытия конической насадки у, который составляет 60-90°, оказывает влияние на формирование и стабилизацию восходящего вихря. При значении угла раскрытия насадки менее 60° (например, 55°) изменяется соотношение между аксиальной и угловой составляющими скорости потока, что приводит к увеличению вторичного уноса частиц посторонних включений. Содержание включений в саже после сепаратора в этом случае возрастает до 0,0012%, что выше нормы ГОСТ.

При значении угла раскрытия конусной насадки более 90° (например. 95°) сепарационная зона в коническом днище уменьшается, восходящий вихрь начинает формироваться раньше, продолжительность процесса сепарации уменьшается и

наблюдается проскок частиц посторонних включений. И,х содержание в саже после сепаратора в этом случае возрастает до 0,0018%.

5Высота конической насадки Н составляет 1-1,5 высоты цилиндрического корпуса h и выбрана из условия стабилизации восходящего вращающегося потока сажевого аэрозоля. При значении отношения высоты

0 конической насадки к высоте цилиндрического корпуса менее 1 (например, 0,9) восходящий вихрь становится менее устойчивым и начинает взаимодействовать с нисходящим потоком. Концентрация сажи в

5 сепарационной зоне конического днища возрастает и соответственно увеличивается количество уловленной сажи, т.е. количество сажи в отходах возрастает до 54,2%, Одновременно нарушается гидродинамический

0 режим в сепарационной зоне насадки, возрастает вторичный унос частиц посторонних включений и их содержание в саже после сепаратора увеличивается до 0,0013%.

5 При значении отношения указанных высот более 1,5 (например, 1,6) нарушается формирование оптимального восходящего вихря, что выражается в повышении аксиальной составляющей скорости потока и ча0 стиц и соответствующем уменьшении их угловой скорости вращения. Это приводит к увеличению вторичного уноса частиц посторонних включений, содержание которых в саже после сепаратора возрастает до

5 0,002%, что превышает норму ГОСТ 7885- 86 на сажу.

Отношение диаметра основания конического днища к диаметру цилиндрического корпуса Di/d составляет 1,1-1,2 и выбрано

0 из условия формирования устойчивого вихря сажевого аэрозоля, способного преодолеть определенное гидравлическое сопротивление сепаратора.

При значении отношения этих диамет5 ров менее 1,1 (например, 1,05) гидравлическое сопротивление сепаратора возрастает до 1,4 кПа, снижается устойчивость вихря и наблюдается вторичный унос частиц посторонних включений. Содержание этих частиц

0 в саже после сепаратора возрастает до 0,0014%, что превышает норму ГОСТ 7885- 86 на сажу, согласно которой массовая доля частиц посторонних включений размером более 0,5 мм должна быть не более 0,001 %.

5 При отношении диаметра основания конического днища к диаметру цилиндрического корпуса более 1,2 (например, 1,25) нарушается оптимальный гидродинамический режим в сепарационной зоне конического днища и возрастает количество сажи

в отходах, составляя в данном случае 52,7%. Одновременно с этим возрастают габаритные размеры циклонного сепаратора.

Пример. Циклонный сепаратор опробован для очистки сажи от частиц посторонних включений в технологическом потоке мощностью 1800 кг сажи в час при расходе сажевого аэрозоля 6400 м /ч. Диаметр цилиндрического корпуса циклонного сепаратора составляет 800 мм. Сажевый аэрозоль, содержащий в саже 0,15% частиц посторонних включений размером более 0,5 мм, поступает в цилиндрический корпус 1 через тангенциальный входной патрубок 2. Образующийся вращающийся нисходящий поток аэрозоля поступает в коническое днище 3, в котором осаждается основная доля частиц включений, Образованный восходящий поток попадает в полость конической насадки 6 и через центральное отверстие диафрагмы 5 - в усеченный конус 4. Очищенный сажевый аэрозоль через камеру вывода с танген- циЗПьным патрубком 7 удаляется из циклонного сепаратора. Частицы посторонних включений, осажденные в усеченном конусе, удаляются через отверстие с отражательной лопастью 9, пылеопускной короб 12, отверстие в стенке 11 с отклоняющей лопастью 10 в коническое днище 3. Отходы выгружаются из конического днища 3 через патрубок 8 их удаления.

Полученные данные представлены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемое устройство обеспечивает очистку сажи в соответствии с нормами ГОСТ 7885-86 при одновременном снижении содержания сажи в отходах.

Формула изобретения

1.Циклонный сепаратор, преимущественно для очистки сажевого аэрозоля от посторонних включений, содержащий

цилиндрический корпус с коническим днищем и тангенциальным патрубком для ввода аэрозоля, присоединенным к корпусу под диафрагмой, имеющей центральное отверстие с насадкой, размещенной в полости

корпуса, расположенную над диафрагмой камеру вывода очищенного аэрозоля с тангенциальным выпускным патрубком, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки сажи за счет сокращения вторичного уноса частиц посторонних включений и уменьшения содержания сажи в отходах, он снабжен усеченным конусом, который большим основанием присоединен к корпусу над диафрагмой, а

меньшим основанием - к камере вывода очищенного аэрозоля, при этом в диафрагме на периферии имеется отверстие, соеди- ненное пылеопускным коробом с коническим днищем, а насадка выполнена в

виде усеченного конуса, большим основанием обращенного в сторону конического днища.

2.Сепаратор по п. 1, отличающий- с я тем, что усеченный конус, расположенный над диафрагмой, выполнен с углом раскрытия 60-120° и диаметром большего основания, равным 1,1-1,2 диаметра корпуса, центральное отверстие диафрагмы имеет диаметр, равный 0,4-0,6 диаметра

корпуса, насадка выполнена с углом раскрытия 60-90° и высотой, равной 1-1,5 .высоты корпуса, а диаметр основания конического днища составляет 1,1-1,2 диаметра корпуса.

Примечания: (исход сажевого аэрозоля, поступающего а сепаратор, 6АОО расход сажи, поступающей в сепаратор, 1800 кг/ч; содержание частиц посторонних включений размером более 0,5 мм в саже на входе в сепаратор 0,152.

ЈLfL floSfpHyiUQ.

Изобретение касается устройств для очистки сажи и может найти применение в производстве технического углерода. Цель изобретения - повышение эффективности очистки сажи за счет сокращения вторичного уноса частиц посторонних включений и 2 уменьшения содержания сажи в отходах. Сепаратор имеет цилиндрический корпус .1 с коническим днищем 3, тангенциальными входным 2 и выходным 7 патрубками. Диаметр основания конического днища, соприкасающегося с цилиндрическим корпусом. равен 1,1-1,2 диаметра корпуса. Над корпусом установлен усеченный конус 4 с углом раскрытия 60-120° и диаметром большего основания, равным 1,1-1,2 диаметра цилиндрического корпуса. Между корпусом 1 и конусом 4 установлена диафрагма 5 с отверстием, имеющим диаметр 0.4-0,6 диаметра корпуса. На диафрагме концентрично отверстию установлена насадка 6 с углом раскрытия 60-90°, высота которой равна 1- 1,5 высоты цилиндрического корпуса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. 7 /л сл С

Фиг. 2