Научная статья на тему 'Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями'

Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
1033
123
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ / СЕПАРАТОР / ЛОПАСТНОЙ ЗАВИХРИТЕЛЬ / ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ / СИЛЫ ИНЕРЦИИ / КОНЦЕНТРАЦИЯ / ДИСПЕРСНАЯ ФАЗА / УНОС ЖИДКОСТИ / ПРИСТЕННАЯ ЗОНА / СКОРОСТЬ ГАЗА / CENTRIFUGAL / SEPARATOR / PADDLE SWIRLER / TURBULENT DIFFUSION / FORCES OF INERTIA / CONCENTRAION / DISPERSED PHASE / PRIMING OF FLUID / NEAR-WALL ZONE / GAS VELOCITY

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Жихарев А. С., Черепанова О. А.

Произведенные измерения показали, что при расчете эффективности сепарации дисперсной фазы в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями требуется учитывать действие трех факторов: осажде­ния под действием силы инерции, турбулентной диффузии и перемещения частиц под действием ненулевой радиальной составляющей осредненной скорости потока. В случае мелких частиц можно рассматривать индивиду­альное влияние каждого из отмеченных факторов. Эффективность улавливания зависит главным образом от величины концентрации тонкодисперсных частиц и скорости их осаждения в пристенной области. Каждой выбранной конструкции сепаратора соответствует индивидуальный диапа­зон устойчивой работы, при котором достигается минимальная величина уноса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Calculation of the efficiency of catching drops in the axial centrifugal separators with the paddle swirlers

Produced measurements have shown, that at calculation of the efficiency of separation of the dispersed phase in the axial centrifugal separators with the paddle swirlers it is required to consider the effect of three factors: deposition under the action of inertial forces, turbulent diffusion and the displacements of particles under the action of a non-zero radial component of the averaged velocity of the flow. In the case of small particles it can be considered the individual impact of these factors. Trapping efficiency mainly depends on the magnitude of the concentration of fine particles and their deposition rate in the near-wall zone. Each selected separator design meets the individual range of steady work, at which the minimum amount of ash is gained.

Текст научной работы на тему «Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями»

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология щей 5 %.

4. Поскольку проверка адекватности принятой модели показала её полную работоспособность, в дальнейшем целесообразно провести апробацию данной модели для расчёта процесса регенерации.

Литература

1. Очистка технологических газов / Под ред. Т.А. Семеновой и И.Л. Лейтеса. - М.: Химия, 1977. - 488 с.

2. Рамм В.М. Абсорбция газов. — М.: Химия, 1976. — 654 с.

3. Исследование физико-химических свойств модифицированного МДЭА-абсорбента для тонкой очистки синтез-газа от диоксида углерода в производстве аммиака / ИЛ. Лейтес, А.К. Аветисов, Н.В. Язвикова и др. - М.: ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», 2012.

4. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. Сборник научных трудов. Л.,1985.

5. Дильман В.В., Соколов В.В., Кулов H.H., Юдина Л.А. Опыт разработки и эксплуатации интенсивного абсорбера очистки технологического газа от диоксида углерода // Теоретические основы химической технологии. 2012. Т. 46. № 1. С. 3.

6. The Chemical Journal / Химический журнал / Химический саммит: курс на энергоэффективность; №4 (Апрель 2010)

Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями

к.т.н. доц. Жихарев A.C., Черепанова O.A.

Университет машиностроения + 7 (499) 267-10-13

Аннотация. Произведенные измерения показали, что при расчете эффективности сепарации дисперсной фазы в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями требуется учитывать действие трех факторов: осаждения под действием силы инерции, турбулентной диффузии и перемещения частиц под действием ненулевой радиальной составляющей осредненной скорости потока. В случае мелких частиц можно рассматривать индивидуальное влияние каждого из отмеченных факторов. Эффективность улавливания зависит главным образом от величины концентрации тонкодисперсных частиц и скорости их осаждения в пристенной области. Каждой выбранной конструкции сепаратора соответствует индивидуальный диапазон устойчивой работы, при котором достигается минимальная величина уноса.

Ключевые слова: Центробежный, сепаратор, лопастной завихрителъ, турбулентная диффузия, силы инерции, концентрация, дисперсная фаза, унос жидкости, пристенная зона, скорость газа.

Выбор конструкции центробежного сепаратора определяется, прежде всего, величиной уноса, допустимой в каждом конкретном случае работы технологического оборудования. Разработка новых конструкций и внедрение центробежных сепараторов в промышленность сдерживается сложностью гидродинамического расчета и расчета эффективности сепарации на стадии их проектирования.

Исследования гидродинамики закрученных газовых потоков проводили на экспериментальной установке, основным узлом которой был центробежный сепаратор со сменными лопастными завихрителями [1, 2]. Сепаратор имел диаметр сепарационной зоны 200 мм и был выполнен по схеме аппарата с нижним центральным вводом газокапельной смеси, нижней зоной слива уловленной жидкости и верхним выхлопным патрубком. На нижнем централь-

ном входе устанавливались сменные лопастные завихрители: один аксиально-тангенциального типа (АТ-75) с углом наклона лопасти к перпендикулярному сечению аппарата, равным а=75°, и диаметром входа газа ББХ=100 мм и второй аксиального типа (А-60) с углом наклона лопасти к оси цилиндрического канала а=60° и диаметром входа газа ББХ=150 мм. Скорость газа во входном патрубке изменялась в пределах от 5 до 52 м/с.

В рамках предложенной модели сепарации частиц [2] эффективность их улавливания определяется величиной потока на стенку аппарата который может быть определен для каждого диаметра частиц по уравнению:

^ | ^ + ^

В уравнение (1) наибольший вклад вносят значения концентрации в пристенной области. На малых расстояниях от стенки аппарата влиянием диффузии можно пренебречь по сравнению с интенсивностью осаждения, и уравнение (1) приближенно может быть записано в виде:

д(1п а) л

• Р~

сЯ

йр , при г ^ Я.

(1)

3

(2)

где величины скорости осаждения и концентрации частиц взяты для пристенной зоны. Эффективность улавливания дисперсной фазы растет пропорционально квадрату тангенциальной составляющей скорости газа в пристенной зоне.

а, 10~6, 1/м3 <Л10; <Л32, мм

25

175 V

125 -

О -75 -50 -25 0

р, мм

Рисунок 1. Изменение концентрации а среднеарифметического ^о и объемно-поверхностного dз2 диаметров капель по радиусу сепаратора АТ-75

(соответственно кривые 1-3)

Величину уноса ю жидкой дисперсной фазы из циклонного сепаратора определяли экспериментально по концентрации растворенной соли Ка3Р04, накопившейся в барботере-соленакопителе за время одного опыта. Конечную концентрацию соли измеряли с помощью спектрофотометра "ТЕСАТОЯ" - прибора, предназначенного для определения концентрации фосфат-иона в водных растворах в пределах от 0,1 до 1,0 мг/л раствора [1, 2].

Для сепараторов с завихрителями АТ-75 и А-60 зависимость уноса капель от скорости

ввода имеет две ярко выраженные области. В первой области с увеличением наблюдается снижение величины уноса [1]. Данный факт, по-видимому, объясняется увеличением скорости осаждения частиц дисперсной фазы Урос в пристенной области (1), которая растет пропорционально скорости ввода потока в аппарат во второй степени. Концентрация же частиц дисперсной фазы в пристенной области с ростом в соответствии с рис.1, на участке падения уноса должна уменьшаться. При достижении некоторого критического значения Wвв наблюдается резкое возрастание величины уноса, вызванное срывом капель жидкости с поверхности пленки жидкости, находящейся на стенках циклона. Для первой области характерен постоянный слив избытка жидкости из вращающегося на внутренней поверхности корпуса жидкостного кольца в нижнюю часть центробежного сепаратора. По мере накопления жидкости в кольце оно спускается ниже к завихрителю, увеличиваясь в размере. Этот режим обеспечивают наибольшую эффективность разделения газожидкостной смеси.

Для второй области зависимости ю=Г^Вв) характерен пульсационный режим образования жидкостного кольца, срыв капель с его поверхности и резкое возрастание уноса. Значение критической скорости ввода газа для А-60 составляет 14 м/с и для АТ-75 - 41 м/с. Увеличение скорости ввода свыше критических Wвв влечет за собой отвод жидкости из сепаратора в верхний патрубок в виде восходящих спиральных струй, поднимающихся по стенке аппарата.

Уравнение (1) было использовано для расчета эффективности улавливания капель в осевом сепараторе с лопастным завихрителем АТ-75. Эффективность улавливания определялась величиной потока капель на стенки сепаратора и концентрацией капель в очищенном газе. При расчетах использованы полученные экспериментальные данные (рисунок 1).

Начальное содержание капель в газе перед сепаратором составляло qH=0,04 кгж/кг г. Изменение концентрации капель в газе, зависит от текущего радиуса. На участке г=(0 -:-0,4)Я принято а=ан. В пристенной зоне сепаратора при г=(0,4-:-1,0)Я концентрация капель в газе увеличивается (рисунок 1). Расчет по уравнению (1) проводился численным методом. При этом использовались следующие соотношения:

= Чн 4 (3)

Р

3, 3

где ан - начальная концентрация капель жидкости в газе, м /м .

V "а

I = у а» , (4)

" ^33600

где 1п - начальный поток капель через лопастной завихритель, м3/м2с;

V - расход газа, м ;

¥3 — боковая поверхность конического лопастного завихрителя, м2.

Поток неуловленных в сепараторе капель, отнесенный к боковой поверхности лопастного завихрителя:

1а= К - 1Н (5)

Концентрация капель в отводимом из сепаратора газе:

V Щ* (6)

Ж? - скорость газа на выходе из лопастного завихрителя, м/с.

В качестве расчетного диаметра капель принимался среднемассовый диаметр входе в лопастной завихритель. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Произведенные измерения показали, что при расчете эффективности сепарации дисперсной фазы в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями требуется учитывать действие трех факторов: осаждения под действием силы инерции, турбулентной диффузии и перемещения частиц под действием ненулевой радиальной составляющей ос-

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология редненной скорости потока. В случае мелких частиц можно рассматривать индивидуальное влияние каждого из отмеченных факторов. Эффективность улавливания зависит главным образом от величины концентрации тонкодисперсных частиц и скорости их осаждения в пристенной области. Каждой выбранной конструкции сепаратора соответствует индивидуальный диапазон устойчивой работы, при котором достигается минимальная величина уноса.

Концентрация дисперсной фазы в пристенной зоне определяется целым рядом факторов, в том числе и конструкцией завихрителя осевого центробежного сепаратора. Концентрация частиц дисперсной фазы при расчете эффективности улавливания может быть найдена либо экспериментально, либо путем численного решения задачи о движении закрученного взвесенесушего турбулентного потока в центробежном осевом сепараторе. В последнем случае могут быть получены теоретические зависимости величины уноса от расхода газа через аппарат и нагрузки по улавливаемой дисперсной фазе.

Таблица

Скорость газа в завихри-теле, W3", м/с Начальная концентрация капель в газе, ан, м3/м3 Диаметр капель на входе в сепаратор, d5o, м Окружная компонента скорости газа, Цф, м/с Начальный поток капель в за-вихрителе, I„, м3/м2с Поток капель на стенки сепаратора, Iw, м3/м2с Поток капель, уносимых из сепаратора, 1ю, м3/м2с Концентрация капель в газе на выходе из сепаратора, аю, м3/м3

1,53 4,8Т0"5 (27-30) •10-6 5,1 7,3Т0"5 7Д2-10"5 1,25Т0"5 8,2-10"6

2,62 6,97 1,26Т0"4 1,11-10"4 1,44Т0"5 5,5-10"6

3,92 11,87 1,83Т0"4 1,65Т0"4 2,1Т0"5 5,0-10"6

5,67 16,86 2,7Т0"4 2,6Т0"4 1,2-10"5 3,7-10"6

7,21 20,1 3,45Т0"4 3,22Т0"4 2,3-10"5 3,2-10"6

Литература

1. В.В.Казаков, A.A. Костомахин, A.C. Жихарев, A.M. Кутепов //Теоретические основы химической технологии, 1993. Т.27.№ 1.С.69

2. В.В. Казаков, С.Н. Поляков, А.А.Костомахин, А.С.Жихарев //Хим.пром. 1994. №8. С.33

Роль хрома в коррозионно-электрохимическом поведении

углеродистых сталей

д.х.н. с.н.с. Реформатская И.И., д.х.н. Подобаев А.Н., Шишлов Д.С., Чибышева В.Д.,

к.х.н. Артамонов О.Ю.

Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова,

Университет машиностроения reformir@yandex. ru

Аннотация. В нейтральных (рН=7,55) и слабощелочных (pH=8,74) хлоридсо-держащих растворах исследовано коррозионно-электрохимическое поведение модельных углеродистых сталей, содержащих до 1,05 % Cr. Показано, что введение хрома в углеродистые стали затрудняет их пассивацию, а микролегирование титаном оказывает благоприятное влияние на их пассивируемость и питтингостой-кость. Высказано предположение, что наблюдаемое влияние хрома и титана на пассивируемость и питтингостойкость низколегированных сталей связано с изменением энергетического состояния поверхности металла.

Ключевые слова: сталь, пассивация, питтинг, общая коррозия, химический состав

До последнего времени было принято оценивать эксплуатационные свойства (в том

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.