Жұқпалы бөлшектерді найзағай айыру арқылы тазалау әдісі

Кіріспе

Сүрінгішпен бөлу арқылы сұйық ағынынан бөлшектерді алу әдісі

Циклондық бөлу – ауа, газ немесе сұйық ағынынан бөлшектерді сүзгілерді пайдаланбастан, сүрінгішпен бөлу арқылы алу әдісі. Сұйықтан бөлшекті алу үшін гидроциклон, ал газ ағынынан газ циклон қолданылады. Қатты және сұйық қоспаларды бөлу үшін айналу әсері мен гравитация күші пайдаланылады. Бұл әдіс сұйықтың ұсақ тамшыларын газ ағынынан бөлу үшін де қолданылады. Циклон деп аталатын цилиндр немесе конус тәрізді ыдыста жоғары жылдамдықты айналатын (ауа) ағын құрылады. Ауа циклонның жоғарғы (кең) бөлігінен кіріп, төменгі (тар) бөлігінде аяқталып, циклонның ортасынан және жоғары бөлігінен тікелей шығып кетеді. Айналатын ағындағы ірі (тығыз) бөлшектердің инерциясы ағынның күрделі қисығын ұстанбауға себеп болады, сондықтан олар сыртқы қабырғаға соқтығып, циклонның түбіне түседі, онда оларды алып тастауға болады. Конус тәрізді жүйеде айналатын ағын циклонның тар бөлігіне қарай жылғанда, ағынның айналу радиусы кішірейеді, осылайша одан да кішкентай бөлшектер бөлінеді. Циклонның геометриясы және көлемдік ағын жылдамдығы циклонның бөлу шегін анықтайды. Бұл – ағыннан 50% тиімділікпен алынатын бөлшектің мөлшері. Бөлу шегінен ірі бөлшектер жоғары тиімділікпен, ал кішкентай бөлшектер төмен тиімділікпен бөлінеді, себебі оларды бөлу қиынға түседі немесе ауа айнасы бағытын кері бұрғанда қайтадан ағынға қосылуы мүмкін. Циклонның тағы бір конструкциясы жиналған бөлшектерді қабырғаларға тиіп, тозуынан сақтау үшін, оларды тозудан қорғау мақсатында екінші ауа ағынын пайдаланады. Бөлшектерді қамтитын негізгі ауа ағыны циклонның төменгі бөлігінен кіріп, стационарлық спиральдік қанаттар арқылы спиральдік айналымға түседі. Екінші деңгейдегі ауа ағыны циклонның жоғарғы бөлігінен кіріп, төмен қарай қозғалып, негізгі ауадан бөлшектерді ұстап алады. Екінші деңгейдегі ауа ағыны коллекторды көлденең орнатуға мүмкіндік береді, өйткені ол бөлшектерді жинау аймағына қарай итеріп жібереді және бұл функцияны орындау үшін тек гравитацияға сүйенбейді. Үлкен масштабты циклонды ағаш өңдеу зауыттарында ауадан шығарылған ара шаңын бөлу үшін қолданады. Циклонды мұнай өңдеу зауыттарында мұнай мен газды бөлу үшін, сондай-ақ цемент өнеркәсібінде пеш алды қыздырғыштарының құрамы ретінде пайдаланады. Циклон қапсыз тасымалданатын және орталық вакуумды тазартқыштардағы негізгі технология ретінде үй шаруашылығында жиі қолданылады. Циклон өнеркәсіптік және кәсіби ас үйде де желдету үшін майды сору капоттарының ауасынан бөлу үшін қолданылады. Кішкентай циклонды ауадағы бөлшектерді талдау үшін пайдаланады. Кейбіреулері киімге ілгіш ретінде тағылады және кейінірек талдау үшін тыныс алуға арналған бөлшектерді бөліп алу үшін қолданылады. Мұнай өңдеу өнеркәсібінде (мысалы, сұйық каталитикалық крекинг үшін) катализатор бөлшектерін реакцияға түсетін газдар мен булардан жылдам бөлу үшін осыған ұқсас сепараторлар қолданылады. Сұйықтан бөлшектерді немесе қатты заттарды бөліп алуға арналған ұқсас құрылғылар гидроциклон немесе гидроклон деп аталады. Оларды қатты қалдықтарды судан бөлу үшін, сондай-ақ қалдық суларды және канализацияны тазалауда қолдануға болады.

Cyclonic separation is a method of removing particulates from an air, gas or liquid stream, without the use of filters, through vortex separation. When removing particulate matter from liquid, a hydrocyclone is used; while from gas, a gas cyclone is used. Rotational effects and gravity are used to separate mixtures of solids and fluids. The method can also be used to separate fine droplets of liquid from a gaseous stream. A high speed rotating (air)flow is established within a cylindrical or conical container called a cyclone. Air flows in a helical pattern, beginning at the top (wide end) of the cyclone and ending at the bottom (narrow) end before exiting the cyclone in a straight stream through the center of the cyclone and out the top. Larger (denser) particles in the rotating stream have too much inertia to follow the tight curve of the stream, and thus strike the outside wall, then fall to the bottom of the cyclone where they can be removed. In a conical system, as the rotating flow moves towards the narrow end of the cyclone, the rotational radius of the stream is reduced, thus separating smaller and smaller particles. The cyclone geometry, together with volumetric flow rate, defines the cut point of the cyclone. This is the size of particle that will be removed from the stream with a 50% efficiency. Particles larger than the cut point will be removed with a greater efficiency, and smaller particles with a lower efficiency as they separate with more difficulty or can be subject to re entrainment when the air vortex reverses direction to move in direction of the outlet. An alternative cyclone design uses a secondary air flow within the cyclone to keep the collected particles from striking the walls, to protect them from abrasion. The primary air flow containing the particulates enters from the bottom of the cyclone and is forced into spiral rotation by stationary spinner vanes. The secondary air flow enters from the top of the cyclone and moves downward toward the bottom, intercepting the particulate from the primary air. The secondary air flow also allows the collector to optionally be mounted horizontally, because it pushes the particulate toward the collection area, and does not rely solely on gravity to perform this function. Large scale cyclones are used in sawmills to remove sawdust from extracted air. Cyclones are also used in oil refineries to separate oils and gases, and in the cement industry as components of kiln preheaters. Cyclones are increasingly used in the household, as the core technology in bagless types of portable vacuum cleaners and central vacuum cleaners. Cyclones are also used in industrial and professional kitchen ventilation for separating the grease from the exhaust air in extraction hoods. Smaller cyclones are used to separate airborne particles for analysis. Some are small enough to be worn clipped to clothing, and are used to separate respirable particles for later analysis. Similar separators are used in the oil refining industry (e. g. for Fluid catalytic cracking) to achieve fast separation of the catalyst particles from the reacting gases and vapors. Analogous devices for separating particles or solids from liquids are called hydrocyclones or hydroclones. These may be used to separate solid waste from water in wastewater and sewage treatment.

Балама үлгілер

Жоғарыда келтірілген теңдеулер көптеген жағынан шектеулі. Мысалы, бөлгіштің геометриясы ескерілмейді, бөлшектердің тұрақты күйге жететіні болжанады және циклонның түбіндегі айналма инверсиясының әсері де назардан тыс қалдырылады – мұның бәрі нақты жұмыс жағдайында циклон үшін мүмкін емес сипаттамалар. Көптеген авторлар циклондық сепараторлардың қалай жұмыс істейтінін зерттегендіктен, толыққанды модельдер де бар. Процестік өнеркәсіптерде жиі қолданылатын, циклонды жылдам есептеуге мүмкіндік беретін, бірақ кейбір шектеулері бар, қарапайым модельдер әзірленген. Циклондық ағынның мінез-құлқын зерттеу үшін есептеу сұйықтық динамикасын қолданатын сандық модельдеу де кеңінен қолданылады. Циклондық сепараторларға арналған сұйықтық механикасы модельдерінің басты кемшілігі – ұсақ бөлшектердің ірі бөлшектермен бірігіп, агломерацияға түсуін болжау мүмкін еместігі, бұл циклонның жинау тиімділігіне зор әсер етеді.