Together to success...

since 1997
General partner

Русский English (int.) Deutsch English (USA) English Español Français Italiano Português 日本語 简体中文

Parametri per la valutazione dei filtri del separatore idraulico

Indice:

Uno dei parametri più importanti nella valutazione del separatore idraulico è il rapporto tra diametro inferiore (di) e quello superiore (ds) dei bocchettoni di scarico. Dal rapporto ds/di dipenderà il rapporto del prodotto condensato e di quello chiarificato che vengono ottenuti in uscita.

Qi/Qs = 1,13·(di/ds

dove:
Qi – la portata di prodotto condensato per la bocchetta inferiore, m3/s;
Qs – la portata di prodotto chiarificato per la bocchetta superiore, m3/s.

L’equilibrio materiale generale del separatore idraulico si presenta nel modo seguente:

Qc = Qs+Qi

dove:
Qc – resa complessiva del separatore idraulico, m3/s

Ne consegue che, conoscendo il consumo totale e il rapporto tra i diametri dei bocchettoni di uscita del separatore idraulico, è possibile definire la resa dei prodotti chiarificati e condensati:

Qi = Qg / [1+1,13·(di/ds)³]

Qs = Qg – Qi

Le dimensioni principali del separatore idraulico dipendono dal diametro della sua parte cilindrica (d). È empiricamente riconosciuto che gli ottimali, in termini di riduzione di resistenza idraulica della macchina, consistono nei seguenti rapporti di dimensione:

dsх = 0,25·d

ds = 0,3·d

di = (0,2-0,8)·ds

Per quanto riguarda il diametro del bocchettone inferiore, di solito, viene fatto removibile dando la possibilità di modificare la grandezza del passaggio. Grazie a questa modificazione è possibile la regolazione dei parametri di lavoro della macchina e, conseguente al cambiamento del rapporto ds/di, l’impostazione del rapporto necessario tra le portate di prodotto condensato e di prodotto chiarificato.

La resa complessiva del separatore idraulico Qc può essere approssimativamente definita secondo la seguente relazione (i diametri vengono definiti in metri e la pressione in Pascal):

Qc = 5,46·10-3·dsx0,9·ds0,9·psx0,5

dove:

psx – pressione del liquido all’uscita dal separatore idraulico, Pa.

La capacità separatrice del separatore idraulico può essere definita in vari modi. Una delle opzioni consiste nella definizione del valore del grano limite (dgr). Con valore del grano limite si intende la dimensione convenzionale delle particelle solide della fase di dispersione. Sono particelle di dimensioni più grandi rispetto a quelle che si separeranno nel separatore idraulico. Le particelle con diametro inferiore, invece, usciranno con il flusso di prodotto chiarificato. Per determinare il valore dcr si utilizza la seguente formula:

dgr = 8,44·10³· √((ds·d·csx)/(Kf·di·√(psx)·(ρsl)))

dove:
dcr – diametro del cristallo di confine ella divisione, micron;

d – diametro della parte cilindrica del separatore idraulico, m;
ds – diametro del bocchettone superiore, m;
di – diametro del bocchettone inferiore, m;
csx – concentrazione della sospensione di riferimento, % massa;

psx – pressione della sospensione in entrata del separatore idraulico, Pa;
ρs – densità della fase solida, kg/m3;

ρl – densità della fase liquida, kg/m3;  
Kf = 0,8 + 1,2/(1+100·d) – coefficiente della forma del separatore idraulico;

In generale, la valutazione del separatore idraulico viene solitamente effettuata con il metodo iterativo: si pongono delle dimensioni del separatore idraulico stabilite empiricamente e, dopo di che, avviene il calcolo dei parametri principali (le portate e il grado di separazione). In caso di non conformità, viene effettuata una modifica delle impostazioni iniziali e una successiva iterazione dei calcoli.

Valutazione e scelta del ciclone separatore

La prima fase dell’analisi consiste nella scelta del tipo ottimale di ciclone separatore per gli obiettivi preposti. La scelta avviene sulla base di dati sperimentali e dipende da numerosi parametri, tra i quali le proprietà fisiche del gas e la sua impurità, il posto disponibile per il posizionamento dell'apparecchio, le opportunità di conduttura e di uscita dei flussi di gas, ecc.

Successivamente, sulla base dell'esperienza di utilizzo del ciclone selezionato e delle proprietà del gas che deve essere purificato, viene selezionata la velocità ottimale del gas in macchina (vott), che di solito si trova in un intervallo tra i 2 e i 5 m/s. Dopo di che si determina l’area della sezione trasversale della macchina secondo la seguente formula:

F = Q/vott

dove:
F – area della sezione trasversale del ciclone, m2
Q – portata di gas contenente polvere, m3/s;
Vott – velocità ottimale del gas nel ciclone, m/s;

Se il calcolo non è di uno, ma di una batteria di cicloni, il diametro di un singolo apparecchio può essere trovato nel modo seguente:

d = √(F/(0,785·N))

dove:
d – diametro del ciclone, m;
N – quantità di cicloni.

Dopo di che viene eseguito il calcolo di verifica della velocità del gas:

Vott = Q / (0,785·N·d²)

Le perdite di pressione nel ciclone, conformi alla velocità, si stabiliscono con la formula:

∆p = ζs · [(ρg·vott²)/2]

dove:
Δp – calo di pressione nel ciclone, Pa;
ζs – coefficiente di resistenza idraulica del ciclone;

ρg – densità del gas in condizioni di lavoro, kg/m3.

Il calcolo dell’efficienza dei cicloni separatori, in una certa misura, è simile al calcolo dei separatori idraulici. Come criterio di efficienza serve la grandezza d50, e cioè il diametro delle particelle bloccate con efficienza del 50%. Per il calcolo di questa grandezza viene utilizzata la formula:

d50 = d50т·√[(d/dт) · (ρт/ρ) · (μ/μт) · (vт/v)]

dove:
d – diametro dell’apparecchio, m;
ρ – densità delle particelle discinte, kg/m3;
μ – viscosità dinamica del gas contenente polvere a temperatura di lavoro, Pa·s;
v – velocità del gas nell’apparecchio, m/s.

Sotto i valori con l'indice “T” si intendono le condizioni di riferimento per il lavoro di un ciclone separatore, mentre le grandezze senza indice sono calcolate.

Esempi di valutazione e scelta dei separatori idraulici

Obiettivo №1

Condizione:

È dato un separatore idraulico con le seguenti caratteristiche. Il diametro del bocchettone di alimentazione è pari a dal = 0,1 m, il diametro del bocchettone di scarico è pari a dsc = 0,03 m. Nel separatore idraulico si crea un calo di pressione uguale a ∆P = 0,15 MPa. Con il suo aiuto è necessario ripulire un liquido con una portata di 20 l/min dalle particelle sospese. È necessario stabilire se il dato separatore idraulico sia adatto all’obiettivo preposto.

Soluzione:

Definiamo la resa massima del separatore idraulico secondo la seguente formula (il coefficiente di correzione k è uguale a 5):

Q = k·dal·dsc·√(g·∆P) = 5·0,1·0,03·√(9,81·150000) = 18,2 l/min

Il valore della portata massima ottenuto si è rivelato inferiore di quello richiesto:

18,2<20 l/min

da ciò si può concludere che il separatore idraulico considerato nelle condizioni dell’obiettivo non è applicabile alle condizioni poste.

Risposta: non è adatto.

Obiettivo №2

Condizione:

Dopo le modifiche apportate in uno schema di processo di produzione è cambiata la composizione delle acque reflue, che vengono portate nel separatore idraulico installato per la pulizia. Il compito principale del separatore idraulico è la separazione di almeno il 60% di tutte le particelle solide dall’acqua trattata: questo significa che per la nuova composizione della sospensione ciò è equivalente al trattenimento di particelle con diametro non inferiore a 1·10-6 m. La parte cilindrica del separatore idraulico ha un diametro D = 0,5 m, una lunghezza L = 1,2 m e l'altezza della zona di separazione l = 1,8 m. Il diametro del bocchettone d’entrata è den = 0,08 m. L’acqua entra con portata Q = 100 m3/h. La densità della fase liquida e della fase solida sono pari rispettivamente rl = 1000 kg/m3 e rs = 1900 kg/m3. La viscosità della sospensione pulitrice è pari a µ = 0,0012 Pa·s. Determinare se è necessaria la sostituzione del separatore idraulico.

Soluzione:

Definiamo preventivamente la velocità della sospensione all’entrata del separatore idraulico:

Ven = (Q·4)/(p·[вen]2) = (100·4)/(3600·3,14·[0,08]2) = 5,5 m/s

Poi troviamo la velocità tangenziale del movimento delle particelle:

υf = 31,5·υen·(den/D) (L/D)(-0,32) = 31,5·5,5·0,08/0,5·(1,2/0,5)(-0,32) = 20,9 m/s

Definiamo la dimensione delle particelle, raccolte dal separatore idraulico in possesso:

dт = 1,65·den·√[μс/(υf·l·(ρт-ρl))] = 1,65·0,08·√[0,0012/(20,9·1,8·(1900-1000))] = 0,25·10(-6) m

Il valore ottenuto è inferiore al diametro critico specificato nelle condizioni dell’obiettivo iniziale. Ne consegue che il separatore idraulico in possesso sarà per certo in grado di adempiere alle condizioni preposte di pulizia dell'acqua reflua.

Risposta: la sostituzione non è necessaria.

Obiettivo №3
Scelta del separatore idraulico per lo schiarimento delle acque torbide

Condizione: si hanno due separatori idraulici con i bocchettoni superiori di uguali diametri ds = 140 mm e i bocchettoni inferiori pari a di = 80 mm, ma con diversi diametri della parte cilindrica del corpo, d1 = 400 mm per il primo e d2 = 500 mm per il secondo. È necessario effettuare lo schiarimento delle acque torbide con una concentrazione in fase solida di c = 0,5 % di massa, la cui densità è ρт = 2500 kg/m3, fino allo stato in cui non ci saranno particelle di diametro superiore a 5 µm. La sospensione può essere inviata al separatore idraulico con pressione p = 0,7 MPa. La densità dell'acqua è presa uguale a ρa = 1000 kg/m3.

Obiettivo: Determinare quale dei separatori idraulici sia adatto per l’adempimento dell’obiettivo preposto.

Soluzione: È possibile determinare l’idoneità dei cicloni definendo la loro capacità separatrice rispetto il valore del diametro del grano limite (dgr) e confrontandola con le condizioni poste dall’obiettivo. Per questo è necessario utilizzare l'equazione per il valore del diametro del grano limite:

dgr = 8,44·10³·√(ds·d·cen) / (Kf·di·√p·(ρтl))

dove Kf = 0,8 + 1,2/(1+100·d) è il coefficiente della forma del separatore idraulico.

Definiamo dgr per il primo ciclone.

Kf1 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,4) = 0,829

dgr1 = 8,44·10³·√(0,14·0,4·0,5) / (0,829·0,08·√700000·(2500-1000)) = 4,9 micron

Definiamo dgr per il secondo ciclone.

Kf2 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,5) = 0,824

dgr2 = 8,44·10³·√(0,14·0,5·0,5) / (0,824·0,08·√700000·(2500-1000)) = 5,49 micron

Alla fine otteniamo che dgr1<5 micron, mentre dgr2>5 micron, da cui possiamo dedurre che solo il primo ciclone è adatto all’adempimento dell’obiettivo preposto.

Risposta: è adatto il primo separatore idraulico.

Calcolo e selezione delle attrezzature di base

Intech GmbH SARLIntech GmbH SARL