Cikloni i Filtriranje

CIKLONI Cikloni spadaju u grupu centrifugalnih separatora. Koriste se za izdvajanje čestica materijala iz vazdušne struje, čija je krupnoća iznad 10 µm . Na sl. 1 prikazan je običan cilindrično - konusni ciklon. Mešavina vazduha i materijala ulazi tangentno relativno velikom brzinom kroz cev (1) u cilindrični deo (2) ciklona. Pod dejstvom Zemljine teže, centrifugalne sile i sile otpora, mešavina dobija prostorno spiralno kretanje. Čestice materijala odlaze najpre ka zidu cilindričnog dela ciklona usled centrifugalne sile, a zatim, pod uticajem Zemljine teže naniže kroz konusni deo (3) i izlaznu cev (4) napuštaju ciklon. Očišćena vazdušna struja se u vidu unutrašnje spirale vraća vertikalno naviše i kroz cev (5) izlazi u atmosferu ili odlazi u filter na dopunsko prečišćavanje. Naime, ciklon ne može da izdvoji sve čestice iz vazdušne struje. Obični cikloni izdvajaju 97 – 98 % materijala iz vazdušne struje, a specijalni i do 99,5 %.

Slika 1 – Izgled ciklona

1

Na svaku česticu materijala, koja se nalazi na spirali kao putanji, deluju za vreme njenog kretanja sledeće sile: inercijalna, centrifugalna, Zemljina teža i sila otpora. Izrazi za poslednje 3 sile glase: FC = m Fg = ρ S

ct2 ρ S ⋅ π ⋅ d 3 ⋅ ct2 = , rS 6rS

d 3π g, 6

Fw = 3 ⋅ π ⋅ d ⋅ µ ⋅ v S ,

pri čemu je uzeto da je opstrujavanje čestice za vreme njenog kretanja u ciklonu laminarno. Ono je po pravilu turbulentno, ali se usvaja navedena pretpostavka jer se ne zna stvarni koeficijent otpora čestice. ct (m/s) – brzina čestice koja leži u pravcu tangente na spiralu, rS (m) – poluprečnik krivine spirale u tački u kojoj se nalazi čestica. Obično je ct=(0,7 – 0,8 )vu, gde je vu=(12 – 18) m/s brzina vazduha na ulazu u ciklon. Stvarna putanja čestice u ciklonu ne može analitički da se odredi jer se ne znaju uglovi koje bi te sile gradile sa osama nekog usvojenog koordinatnog sistema. Zbog toga se i konstruktivni parametri ciklona određuju korišćenjem približnih metoda. Na primer, ako bi se čestica kretala samo pod dejstvom centrifugalne sile i sile otpora, njihovim izjednačavanjem bi se dobilo c r =

drS ρ S ⋅ d 2 ⋅ ct2 = , jer je u ovom slučaju dt 18 ⋅ µ ⋅ rS

brzina u izrazu za silu otpora jednaka radijalnoj komponenti cr. Vreme koje prođe dok čestica pređe put određen poluprečnicima rs=Du/2 i rS=Ds/2 dobija se integraljenjem prethodne diferencijalne jednačine i iznosi t=

(

)

18 ⋅ µ ⋅ Ds2 − Du2 . Sa druge strane , vreme koje prođe dok čestica pređe put 8 ⋅ ρ S ⋅ d 2 ⋅ ct2

jednak visini Hc cilindričnog dela ciklona je: t C =

(

)

H C H C ⋅ π ⋅ Ds2 − Du2 = , gde va 4⋅qf

je va(m/s) – brzina vazduha u pravcu ose ciklona, qf – količina vazduha. Ispravan rad ciklona zahteva tc>t tako da se dobija :

HC >

9⋅µ ⋅qf

ρ s ⋅ π ⋅ d 2 ⋅ ct2

.

Odavde se vidi da je visina cilindričnog dela ciklona sve veća što je transportovani materijal sitniji. Međutim, slučaj ravnoteže centrifugalne sile ρ s ⋅ π ⋅ d 3 ⋅ ct2 i sile otpora može i ovako da se napiše: 3πµd = . 6 ⋅ rs ⋅ c r

Ako bi se čestica kretala samo vertikalno naniže, tada bi se iz ravnoteže sile otpora i Zemljine teže dobilo: 3π ⋅ µ ⋅ d = g

2

ρ s d 3π , jer je u tom vs 6

slučaju v=vs u izrazu za Fw. Prema tome, izjednačavanjem poslednja dva c

v ⋅c

s t r izraza dobija se odnos brzina: c = r ⋅ g . t s

Kada rs → r (sl. 2) biće

v s ⋅ ctu = tgα , jer tada ct → ctu i cr → cm. Sa r⋅g

druge strane, za osamljeni vrtlog je ctu =

const. C = , pa je r = r r

vS ⋅ C . g ⋅ tgα

spirala

krug

Slika 2 Na d =r⋅

osnovu

izraza

vS =

g ⋅ d 2 ⋅ ( s − 1) 18 ⋅ν f

( ρ dgr, odnosno čestice krupnoće d