امروز: چهارشنبه 30 آبان 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

اصول طراحی هیدروسیکلون های جداکننده جامد از مایع د رآب وفاضلاب

اصول طراحی هیدروسیکلون های جداکننده جامد از مایع د رآب وفاضلاب دسته: مهندسی شیمی
بازدید: 3 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 4325 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 91

گرایشی به هیدروسیكلون ها، مخصوصا در مهندسی شیمی و صنعت نفت ، به وجود آمده است كه به چندین عامل بستگی دارد 1 اطلاعات مفیدی در مورد سودمند بودن هیدرسیكلون ها در كاربردهای خارج از كانه آرایی در مهندسی شیمی و دیگر شاخه های مهندسی كسب شده است 2 احیاء مقوله ی هیدروسیكلون ضرورت جدیدی است كه در صنعت نفت، مخصوصا در دریای شمال، به وجود آمده است

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

فهرست مطالب

عنوان                                                                                       صفحه

پیشگفتار                                                                                    1      

مقدمه                                                                                        2

فصل اول

اصول اندرکنش ذره – سیال                                                          4      

رفتارتعلیق ها                                                                               7      

فصل دوم

جریان سیال وحرکت ذره دریک هیدروسیکلون                                9

توزیع سرعت ها وفشارها                                                               12

فصل سوم

انواع هیدروسیکلون های موجود                                                     19

تغییرات درطرح اولیه                                                                             19

سیکلون های مخصوص جدایش مایع ازمایع                                     28

انواع روزنه های تخلیه                                                                   32

آرایش چند سیکلونی                                                                    35

فصل چهارم

نصب وعملیات هیدروسیکلون ها                                                    42

عملیات وکنترل هیدروسیکلون                                                       46

افت فشارودبی                                                                                      47

افت فشاردرغلظت های زیاد                                                          49

تاثیرات کنترل ته ریز                                                                    50

فصل پنجم

تاثیرات متغیرهای طراحی                                                              54

پرداخت درونی ،زبری دیوارها                                                       55

تاثیرات قطردیافراگم                                                                    57

تاثیرات روی ستون هوا                                                                 60

فصل ششم

بازدهی جدایش                                                                                    61

بازدهی ابعادی کاهش یافته                                                                     63

فصل هفتم

انتخاب هیدروسیکلون                                                                            65

بهینه سازی بین شرایط عملیاتی وهزینه اقتصادی وبیان نظریه های موجود درمورد عوامل موثردرطراحی                                                                                      79

منابع وماخذ                                                                                                91

ضمائم

پیشگفتار                     

گرایشی به هیدروسیكلون ها، مخصوصا در مهندسی شیمی و صنعت نفت ، به وجود آمده است كه به چندین عامل بستگی دارد :

1-    اطلاعات مفیدی در مورد سودمند بودن هیدر.سیكلون ها در كاربردهای خارج از كانه آرایی در مهندسی شیمی و دیگر شاخه های مهندسی كسب شده است.

2-    احیاء مقوله ی هیدروسیكلون ضرورت جدیدی است كه در صنعت نفت، مخصوصا در دریای شمال، به وجود آمده است . صنعت نفت برای جدا كردن گاز، ماسه یا آب از نفت یا ترجیحا تمام این  مواد از هم  دیگر در مرحله ی جداسازی ، به یك دستگاه كوچك ، قابل اطمینان و ساده احتیاج دارد و به نظر می رسد هیدروسیكلون ها قدرت انجام این كار را داشته باشند و گفتنی است كه علاقه به هیدروسیكلون ها در این زمینه روبه افزایش است.

3-    توسعه ی روز افزون هیدروسیكلون و افزایش درك عمومی از آن ها موجب شده است كه امروزه این  دستگاه ها بیشتر از آنچه كه چنـــدین دهـــه قبل انجام می دادند كارآیی داشته باشند.

مقدمه

اصول و طراحی اساسی هیدروسیكلون های رایج بیش از 10 سال قدمت دارد. ولی بعد از جنگ جهانی دوم در صنعت كاربرد قابل توجهی یافتند . این دستگاه ها نخست، در كانه آرایی و معدن كاری مورد استفاده قرار گرفتند ولی اخیرا در صنایع شیمیایی ، پتروشیمی ، تولید برقف صنعت نساجی ، صنعت فلز كاری و بسیاری صنایع دیگر به خوبی پذیرفته شده اند و كاربرد آن ها در حال گسترش است.

موارد كاربرد هیدروسیكلون عبارتند از: تصفیه ی مایع ، تغلیط گلاب ، شستشوی جامدات ، گاز زدایی مایعات ، طبقه بندی جامدات یا سنگجوری با توجه به چگالی یا شكل ذره.

هیدروسیكلون یك جدا كننده یثابت بر مبنای جدایش گریز از مركز كه در بدنه ی مخروطی ـ استوانه ای سیكلون تولید شده ، استواراست . جریان خوراك (باراولیه) كه معمولا به طور مماسی وارد سیكلون شده به ته ریز[1] و اكثر جامدات را حمل می كند یا حداقل بخش دانه درشت تر كه هنوز در مقداری مایع معلق می باشند و سرریز[2] كه اكثر مایع و بعضی از جامدات دانه ریز را داراست تقسیم بندی می شود.

قطر  سیكلون های انفرادی بین mm 10-5/2  متغیر است. حد جدایش اكثر جامدات بین um 250-2  متغیر است . دبی (ظرفیت) واحدهای انفرادی در بین   m3h-17200-1/0 می باشد . افت فشارهای عملیاتی بین bar 6-34/0 تغییر می كند .      

واحدهای كوچك تر معمولا نسبت به واحدهای بزرگ تر در فشار بالاتری عمل مــی كنند. غلظت جامدات ته ریــز كه توسط هیدروسیكلون ها حاصل مــی شود بندرت از 50-45% حجمی با توجه به اندازه و طراحی واحد، شرایط عملیاتی و ماهیت جامداتی كه جدا شده اند ، فزونی می یابد.

فصل اول:

اصول اندركنش ذره- سیال:

در این فصل به اصول دینامیك ذره كه با افزایش مقیاس هیدروسیكلون  درگیر می باشند پرداخته شده است.

در این فصل ، با توجه به غلظت جامدات ، به دو بخش تقسیم می شود:

الف-  هنگامی كه ذرات بسیار از هم دیگــر فاصله دارنــد و هــر كدام به تنهایی رفتار

می كنند.

ب- هنگامی كه غلظت بالاست اندركنش ذره مهم می شود.

اندركنش ذره- سیال در غلظت های كم

در غلظت های كم تر از حدود 5/0% حجمی ، ذرات انفرادی (مجزا) به طور متوسط به قدری از هم فاصله دارند كه در هنگام حركت از درون سیال ، روی هم دیگر تاثیر ندارند ؛ جدایش ذره با قرار دادن  نیرویی روی ذرات، حاصل خواهد شد؛ این نیرو باعث حركت ذرات به سطحی است كه در آن جا جدا خواهند شد؛

روش مرسوم بیان نیروی كششی ، FD  ، به وسیله ی فرمول نیون می باشد:

  (1-1)                                        

سرعت نسبی بین سیال و ذره ، p چگال سیال ،A مساحت نمایان [3] ذره( در جهت حركت ذره ) , CD ضریب كششی (مقاومت) می باشد . برای ذرات درشتی كه سریع حركت می كنند ، نیوری كششی عمدتا به دلیل اینرسی سیال بوده و سپس CD ثابت می ماند. ذرات ریز آهسته تر حركت می كنند و نیوری كششی به وسیله ی نیروهای ویسكوز تاثیر پذیر می شود . پس از ان ضریب كششی به عدد رینولدز ، Rep ، كه جریان در اطراف ذره را مشخص می كند بستگی داشته و به وسیله ی رابطه  ی  زیر بیان می شود:

(1-2)                                 
كه  گرانروی (ویسكوزیته) مایع و x قطر ذره می باشد.

وابسنگی ضریب كششی ، CD ، به عدد رینولدز ، Rep ، برای ذرات كروی توپر را دریك رسم تمام لگاریتمی نشان می دهد . در عدد رینولدز كم، تحت شرایط جریان آرام وقتی كه نیروهای ویسكوز غالب می شوند ، CD از نظر  تئوری با توجه به معادلات نویراستوكز محاسبه می شود و حل آن به قانون استوكز معروف می باشد:

           (1-3)                                       

شكل 1 ـ 1 ضریب كششی ( مقاومت ) بر حسب عدد رینولدز برای ذرات كروی

معادلات 1-1،1-2و 1-3 با هم تركیب شده و شكل دیگری از قانون استوكز را به صورت زیر ، برای ، 2/0 < Rep ارائه می دهند:

(1-4)                                                                  

كه به وسیله یك خط راست  در شكل 1-1 نشان داده شده است؛

در كاربرد هیدروسیكلون هایی كه با جدایش ذرات دانه ریز ، كه مشكل ترین ذرات برای جدا كردن می باشند، درگیر هستند، عددهای رینولدز اغلب كم تر از 2/0 به دلیل مقادیر كم u و x ، می باشند ، بنابراین فرض قانون استوكز در اینجا مناسب است.

سرعت سقوط شعاعی در یك هیدروسیكلون بر اثر شتاب گریز از مركز می باشد كه با توان دوم سرعت مماسی ذره متناسب بوده و به طور غیر مستقیم با شعاع  موقعیت ذره تناسب دارد. چون حركت مماسی ذره با مخالفت مواجه نمی شود ، سرعت مماسی ذره مساوی مولفه های مماسی سرعت سیال  در همان نقطه درنظر گرفته می شود .

Stk عدد استوكز می باشد كه نیروهای اینرسی (منهای غدطه وری) و نیروهای هیدرودینامیكــی روی ذره را با هم مرتبط مــی كند و به صورت زیــر تعریف می شود:

گروه بدون بعد مهم دیگری در مشخص كردن ویژگی های كارایی هیدروسیكلون ضریب مقاومت می باشد و به صورت زیر بیان می شود:

هنگامی كه جدایش به وسیله ی غلظت خوراك جامدات تاثیر پذیر می شود، غلظت به عنوان یك كسر حجمی گروه بدون بعد مهم دیگری تلقی شده و جدایش ممكن است به وسیله ی نسبت ته ریز ظرفیت تاثیر پذیر شود:

كه U دبی حجمی ته ریز و Q  دبی خوراك  میباشد . نهایتا گروه بدون بعدی كه نیروهای  ثقلی و اینرسی را به هم مرتبط می كند ، عدد فراد می باشد.

رفتار تعلیق ها

با افزایش غلظت جامدات در تعلیق ، فاصله بین ذرات كاهش می یابد  ذرات با هم برخورد می كنند . اگر ذرات به طور یكنواخت در تمام تعلیق پراكنده نشوند ، تاثیر كل ، ممكن است افزایش خالص سرعت ته نشینی  باشد؛ چون جریان  برگشتی  به ذلیل جا به جایی حجمی در نواحی ای كه ذرات پراكنده شده اند غالب خواهد شد، این به " تشكیل خوشه" معروف  است . در اكثر عملیات ، تعلیق هایی كه درات اندازه های مشابهی ندارند ، خوشه ها برای مدت  طولانی  دوام نمی آورند تا تاثیری بر رفتار ته نشینی داشته باشند و سرعت  ته نشینی به طور یكنواخت بع افرایش غلظت به دلیل این كه جریان برگشتی به طور یكنواخت  پراكنده شده است كاهش می یابد.

این رفتار "سقئط با مانع"  معروف بوده و به سه روش مختلف به دست می آید:

1-   به عنوان تصحیح قانون استوكز با وارد كردن یك ضریب افزایشی

2-   به وسیله اختیار كردن  خواص "ظاهری" كه از خواص مایع خالص متفاوت باشد.

3-   از طریق انبساط یك بستر ثابت از یك قسمت اصلاح شده ی معاله ی معروف كارمن - كوزنی[4].

بنابراین می توان گفت كه هر سه روش فوق نتایج اساسی مشابهی به شكل زیر ایجاد می نمایند:

كه uh سرعت سقوط  با مانع ذره ، u1 سرعت سقوط آزاد ، سقوط بدون مانع ،  كسر حجمی سیال(تخلخل) و( f( یك ضریب تخلخل است كه مــی تواند شكل های مختلفی داشته باشد. رایج ترین و وسیع ترین استفاده ی ضریب تخلخل معادله ی ریچاردسون و زكی به صورت زیر است.

كه k ثابت برای یك سیستم ویژه و c غلظت حجمی جامدات است؛

فصل دوم

جریان سیال و حركت ذره در یك هیدروسیكلون

عمل جداسازی هیدروسیكلون ها بر مبنای تاثیر نیروه های گریز از مركز كه درون بدنه ی هیدروسیكلون تولید می شوند، استوار است. به هر حال ، برخلاف گریز از مركزهای ته نشین  كننده، هیدروسیكلون ها بخش خای دورانی ندارند و جریان  حلقوی [5] لازم توسط  پمپاژ سیال به طور مماسی درون بدنه ی استوانه ای – مخروطی ساكن تولید می شود. شكل 2-1 نمودار شماتیك یك هیدروسیكلون با طرح رایج  را نشان می دهد؛ قسمت فوقانـــی بخش استوانه ای ، یه ویسله ی درپوشی پوشانـده شده است .

 كه از طریق آن لوله ی مایع سرریز (اغلب دیافراگم [6] نامیده می شود) تا مسافتـی وارد داهل بدنه ی سیكلون می شود  ته ریز، كه اكثر جامدات را حمل می كند از حفره ای   كه در راس [7] مخروط قرار دارد، سیكلون را ترك می نماید.

مایع از طریق یك وروردی مماسی كه ممكن است، سطح مقطع ان دایره ای یا مربع مستطیلی باشد و تا جایــی كه محدودیت های طراحی عملیاتی اجازه دهند در نزدیكـی درپوش فوقانـی جا داده شده و به درون هیدروسیكلون وارد می شود.

به جـز در ناحیه درونـی و اطراف مجرای ورودی مماسی ، حركت سیال درون بدنه ی سیكلون تقارن دایره ای دارد و به طور شماتیك در شكل 2-2 نشان داده است  بیشتر سیالی كه وارد سیلكون می شود با جریان مارپیچی به داخل قسمت بیرونی مخروط معكوس ، جایی  كه آن از همه طرف به سمت مركز هیدروسیكلون  خوراك دهــی می شود، حركت مــی كند در حالی كه باقی مانده ی جریان جهت عمودی  خود را معكوس نموده و از طریق جریان مارپیچی  داخلــی به سمت بالا حركت می كند و از ناحیه ی دیافراگـم سیلكون را ترك می كند.

شكل 2 ـ 2 چشم انداز یك هیدروسیكلون كه جریان

گردایی را در داخل آن به طور شماتیك

نشان می دهد.

در قسمت فوقانی بخش استوانه ای ، یك الگوی جریانی ثانویه ای وجود دارد كه در سرتاسر پوشش  بالایی به سمت قاعده ی  دیافراگم و در طول دیواره ی بیرونی لوله حركت مــی كند و در نهایت به سیال  باقی مانده در سرریــز ملحق می شود، این جریان ثانوی "مدار ثانوی" "مدار كوتاه"[8] به دلیل وجود درپوش سیلكون و دیواره ی بیروی دیافراگم می باشد كه سرعت دورانی  را در نزدیكی آن كاهش می دهد و بنابراین نواحی كم مقاومت در برابر جریان از نواحی بیرونی با فشار زیاد  به سمت نواحی با فشار كم به وجود می آید.

شكل 2- 3نمودار ساده ی جریان های  محوری و شعاعی در یك  هیدروسیكلون رایج را نشان می دهد : مدار كوتاهی  كه در بالا  به آن اشاره شد. به وضوح  دیده می شود . هم چنین  یك یا چند  جریان گردابی چرخشی وجود دارند كه "كلاهك" [9] نامیده شده  و درشكل 2-3 علامت گذاری شده است . كلاهك نقش  نگه دارنده را بین جریان حلقوی  بیرونی كه به سمت پایین و جریان  حلقوی  درونــی كه به سمت  بالا حركت می كنند ایفا مــی كند  . جریان های ردیابی كلاهك از هر گونه جریان شعاعی از داخل سطح استوانه ای در داخل جریان جلوگیری می كند كه در این بخش در این مورد بیشتر بحث خواهد شد.

 ویژگی مهم  دیگر جریان در هیدروسیكلون ، تشكیل ستون هوای مركزی می باشد . جریان  قوی  حلقوی ناحیه ی كم فشاری  در مركز  به وجود می اورد كه معمولا به تشكیل سطح آزاد مایع  در حال  دوران  منجر شده كه به شكل استوانه است  و در تمام طول سیكلون برقرار می باشد. اگــر یكی از خروجی ها یا هر دو مستقیماً به هوای بیرون متصل شوند، ستون پر از هوا می شود . هر گونه گاز پخش شده یا حتی  حل  شده ی موجود  در سیال ورودی  نیز به این ستون مركزی  كه ممكن است حتی  هنگامی كه خروجی ها به هوای بیرون متصل نشده باشند ، وارد شود. به وسیله فشار برگشتی [10]  متوقف شود . ستون  هوا یك پدیده ی كاملا  مطلوبی است و بیان گر پایداری جریان حلقوی ]3[ می باشد و باید به صورت مناسبی مستقیم بوده و قطر آن در تمام طول سیكلون ثابت باشد.

3 ـ 1. توزیع سرعت ها و فشارها

سرعت جریان در یك هیدروسیكلون  معمولا به سه مولفه تجزیه می شود: مماسی ، محوری و شعاعی . اطلاعات درباره ی توزیه سرعت ها در داخل جریان برای برقرار نمودن مدل تئوریكی فرآیند جدایش و مسلما در اصل، برای شبیه سازی مسیرهای پرتابی ذرات كه از ان ممكن است پیش بینی های بازدهی تئوریكی حاصل شود، مهم می باشد.

بر اثر جریان حلقوی در هیدروسیكلون ، فشار ساكن به طور شعاعی به سمت بیرون افزایش می یابد ."این فشار  ساكن گریز از مركز" اساسا توسط توزیع شرعت های مماسی سیال درون جریان به دست می اید و سهم عمده ای در افت فشار كل در سرتاسر یك هیدورسیكلون در حال عملیات ، دارد.

بنابــراین ، نتجه مــی گیریم كه توریع سرعت های مماسی از اندازه گیـــری های ساده ی  فشار ساكن شعاعی محاسبه می شود . این ایده در مطالعات اولیه ی توزیع سرعت های مماسی در جـریان مایع صاف وجود داشت . در ایــن ] 36[ [11] اولین كسی بود كه رابطه ای بین سرعت مماسی ، vt ، و توزیع فشار شعاعی با فرض این كه مولفه ی سرعت شعاعی نسبت به مولفه ی مماسی قابل چشم پوشی است، به صورت زیر به دست آورد:

( 2 ـ 1 )                                                

رابطه ی فوق برای محاسبه ی سرعت های مماسی با توجه به اندازه گیری هی فشار ساكن در مكان های مختلف در هیدروسیكلونی كه با مایعات صاف در حال عملیات می باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.

     توزیع سرعت مماسی ای با اندازه گیری های مستقسم جریان توسط كلسال مورد تایید قرار گرفت. كار كلسال به طور وسیع پذیرفته شده است و نتایج آن در شكل های 2-4   ، 2-5، 2-6   به طور كیفی ارائه شده اند اندازه گیری های او بر مبنای اشباع كردن جریان آب صاف با ذرات دانه ریز آلومینیوم و با استفاده از میكـروسكوپ چشمــی مجهز به عدسی های شیئی درانــی استوار بودند. مولفه های سرعت مماسی در مكان های منتخب درون  یك هیدروسیكلون شفاف به قطر mm 76 مستقیماً  اندازه گیری شدند . مولفه های سرعت عمودی با اندازه گیری شیب مسیرهای  ذرات ، نسبت به سطح  افقی به دست آمدند و مولفه های سرعت  شعاعی آب از مطالعه ی پیوستگی محاسبه شدند. طراحی سیكلون كلسال تا حدودی منحصر به فرد می باشد؛ زیرا دیواره ی سیكلون تا مسافتی بالاتر از قسمت تحتانی (قاعده)  دیافراگم مخروطی بوده  و در قسمت استوانه ای سیكلون اندازه گیری ای صورت نگرفته است .

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

برچسب ها : انواع هیدروسیکلون های موجود , سیکلون های مخصوص جدایش مایع ازمایع , عملیات وکنترل هیدروسیکلون

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر