CC BY
21а б
Рис. 2. Зависимость скорости v,!2>(r,Q,z) для процесса механического уплотнения каолина ГОСТ 21235-75 в центробежном устройстве с эвольвентными лопастями с учетом проскальзывания: а20=2,7Г10'2; 1-01=20,9рад/c; 2-о2=26,2рад/c; 3-т3=31,4 рад/c; а) vr(2> (r,z); 0=0m=(e^1+e^2)/2; б) vr(2> (r,z);
r=rv=3(R0+rg)/4 Fig. 2. The dependence of velocity vr(2(r,6,z) for the mechanic compactive process of kaolin State Standard 21235 - 75 in the centrifugal set-up with the evolvent blades taking into account the slippage: a20=2.7110'2; 1-rn1=20.9 rad/c; 2-rn2=26.2 rad/c; 3-m3=31.4 rad/c; a) vr(2) (r,z); e=em=(eUi+ew)/2; б) vr(2) (r,z); r=rv=3(R0+ra)/4
(13) для формирования трехмерной функции по-розности тонкодисперсного материала в цилиндрических координатах и оценить достаточную высоту hg лопасти с помощью (11). Данные результаты могут быть использованы при инженерном проектировании центробежного устройства с криволинейными лопастями, способного работать в различных перечисленных ранее режимах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Капранова А.Б. // Математическое моделирование. 2009. Т. 21. № 4. С. 44-58;
Kapranova A.B. // Mathematical Simulation. 2009. V. 21. N 4. P. 44-58 (in Russian).
2. Капранова А. Б. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 8. С. 59-60;
Kapranova A.B. // Izv. Vyzzh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2008. V. 51. N 8. P. 59-60 (in Russian).
3. Нигматулин Ф.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука. 1978. 336 с.;
Nigmatulin F.I. Fundamentals of heterogeneous media mechanic М: Nauka. 1978. 336 p. (in Russian).
Кафедра теоретической механики
УДК 66.087.9+66.022.63 Н.В. Инюшкин, Ф.С. Югай, З.Р. Гильванова, А.Г. Титов, С.А. Ермаков
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСАЖДЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПЕРКАРБОНАТА НАТРИЯ
В ЭЛЕКТРОЦИКЛОНЕ
(Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина) e-mail: paht@yandex.ru
Приведены результаты экспериментального исследования степени улавливания готового продукта - перкарбоната натрия (пероксокарбоната натрия, персоли) в зависимости от окружной скорости движения аэрозоля в криволинейном канале электроциклона. Показано, что степень очистки отходящего газа достигает высокой величины (вплоть до 99,9%), что позволит снизить потери продукта (степень очистки 2-ой группы циклонов 60%) в установке сухой очистки и исключить мокрую ступень на выхлопе на предприятии ОАО «Перкарбонат».
Ключевые слова: очистка газов, пылеунос, электроциклон, циклон, сушилка кипящего слоя, персоль
Перкарбонат натрия (персоль) - кристаллическое вещество с химической формулой №2С031,5Н202, плотность 2144 кг/м3. Применяют натрия перкарбонат, в основном, в качестве отбеливателя в составе синтетических моющих средств, в текстильной и химической промышленности для окисления красителей и расшлихтовки тканей, как дезинфицирующее, бактерицидное и деконтамини-
рующее средство. ПДК персоли в воздухе рабочей зоны ограничивается величиной 2,0 мг/м3.
В производстве перкарбоната натрия при сушке продукта в аппарате кипящего слоя Сш наблюдается большой пылеунос. Существующую схему трехступенчатой очистки газов от персоли иллюстрирует рис. 1. Улавливание высушенного продукта осуществляется в циклонах Ц11 и Ц12, и
Ц21, Ц22 типа СК-ЦН-34 [1] диаметром 2,4 м каждый. Циклоны имеют степень очистки до 98%, в зависимости от размера улавливаемых частиц, что отмечено авторами [2]. Степень улавливания персоли в циклонах 2-й ступени относительно низкая, составляет 60 %. Гидравлическое сопротивление циклонов составляет от 1,0 до 2,5 кПа, что вызвано особенностями монтажа подводящих газоходов. Пыль тонкодисперсная, медианный диаметр частиц из бункера 2-й ступени циклонов d5o = 14 мкм. Для обеспечения ПДВ установлена третья ступень мокрой очистки КОП - комбинированный очиститель пыли, после которой газы вентилятором Вн выбрасываются через выхлопную трубу Тр в атмосферу.
Рис. 1. Существующая принципиальная технологическая схема очистки отработанных сушильных газов Fig. 1. The existing basic diagram of waste drying gas treatment
Целью работы являлось изучение возможности замены малоэффективных циклонов 2-й ступени очистки высокоэффективным пылеуловителем центробежно-электрического типа - электроциклоном [3].
Схема лабораторной установки изображена на рис. 2
коллекторного типа [4] с тягонапоромером ТНЖ 6, подавалась в электроциклон 2. Уловленный продукт собирался в бункер электроциклона, а очищенный воздух поступал в вакуум-насос. Регулирование расхода воздуха через электроциклон осуществлялось вентилем 4. Отбор части очищенного газа в газозаборную трубку 8 осуществлялся с соблюдением условия изокинетичности [5]. Концентрацию пыли в воздухе на входе в аппарат определяли по массе израсходованной пыли из бункера пылеподатчика за время опыта и расходу воздуха через электроциклон. Концентрацию пыли в воздухе на выходе из электроциклона определяли методом внешней фильтрации с использованием аэрозольного фильтра АФА-ВП-18 [6], закрепленного в фильтродержателе 3, расход воздуха через фильтр настраивался по ротаметру 7 с помощью вентиля 5.
Схема электроциклона представлена на рис. 3. Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 4 с внутренним диаметром 206 мм, центрального осадительного электрода 3 диаметром 54 мм, закручивающей поток улитки 1, в которой установлен изолятор 9, бункера 5 с пылесборни-ком 7, и выхлопной трубы 6 с насадком 8. Система из трех коронирующих электродов 2 с фиксированными точками разряда (иглы длиной 5 мм) закреплена с помощью изоляторов 10, изготовленных из фторопласта Ф4 [7]. Запыленный воздух поступает в улитку 1 и, далее совершая вра-щательно-поступательные движения, проходит рабочую зону, где освобождается от пыли, и выходит через выхлопную трубу 6.
А\ 1
Рис. 2. Схема лабораторной установки Fig. 2. Scheme of laboratory set up Персоль пылеподатчиком 1 по входной трубе, снабженной измерителем расхода воздуха
Рис. 3. Схема аппарата ЭЦВ Fig. 3. Scheme of the ECV apparatus Опыты проведены на продукте,
уловлен-
ном в 1 -й и 2-й группе циклонов с напряжением и
без напряжения при 28°С и атмосферном давлении. Результаты экспериментов представлены на рис. 4 и 5. Кривые под номером 1 - с напряжением, под номером 2 - без напряжения.
Из них видно, что достигается весьма существенное повышение степени очистки п и соответственно снижение пылеуноса (100 - п) % при совместном действии электрического и центробежного поля.
Рис. 4. Зависимость степени очистки аэрозоля от персоли из бункера 1-й группы циклонов от скорости аэрозоля WBX на входе в ЭЦВ
Fig. 4. Dependence of aerosol purification degree from persol from the bunker of the 1st cyclones step on the aerosol velosity at inlet in the ECV apparatus
Рис. 5. Зависимость степени очистки аэрозоля от персоли из бункера 2-й группы циклонов от скорости аэрозоля WBX на входе в ЭЦВ
Fig. 5. Dependence of aerosol purification degree from persol from the bunker of the 2nd cyclones step on the aerosol velosity at inlet to the ECV apparatus
При улавливании персоли, отобранной из бункера 1-й группы циклонов (опыты под напряжением 17 кВ) достигается высокая степень очистки 99,96% при входной скорости аэрозоля вплоть до WBX = 17 м/с. При дальнейшем увеличении скорости степень очистки несколько снижается. Это связано с уменьшением времени
пребывания аэрозоля в активной зоне, а также с вторичным уносом уже осажденных частиц. Эффективность центробежной очистки при WВХ = 17 м/с (опыты без напряжения) составляет 97,5%, а затем снижается. Это также связано с уменьшением времени пребывания и с вторичным уносом.
Для более мелкой персоли, отобранной из бункера 2-й группы циклонов, при работе с напряжением высокая степень очистки 99,9% сохраняется во всем диапазоне входной скорости аэрозоля. В циклонном режиме (без напряжения) степень очистки резко падает от 62% при скорости 12 - 25 м/с до 35% при WВХ = 23 м/с вследствие вторичного уноса персоли.
Результаты экспериментальных исследований позволяют определить размеры электроциклонов для тонкой очистки газов от персоли для каждой из ниток отдельно, а также при объединении газовых потоков после циклонов 1 -й ступени очистки и установке одного электроциклона удвоенной производительности.
Размеры активной зоны электроциклона производительностью 35000 м3/ч могут быть определены следующим образом.
Диаметр центральной трубы dцТ при скорости в выхлопной трубе равной 16 м/с составит V 35000
jцт
W,
цт
d'цт
3600-16
= 0,6 м2
0,608 0,785
= 0,9 м
Площадь поперечного сечения активной зоны при условной скорости газа 2,15 м/с(как в циклоне СК-ЦН-34) составит V 9,722
SA3 =
Wn
= 4,5 м2
о 2,15
Площадь поперечного сечения корпуса аппарата
^ = ЯАЗ + ^ = 4,5 + 0,6 = 5,1 м2 Диаметр корпуса
4 - 5,1
= 2,61
% V 3,14
Ширина кольцевого канала ВК между корпусом и центральной трубой
Вк = 0,5 (2,6 - 0,9) = 0,85м
Принимаем 2 канала шириной 0,42 м
В опытной модели электроциклона с длиной активной зоны 1,23 м и межэлектродным расстоянием 0,038 м степень очистки газа 99,9% достигается при времени пребывания ТддБ =0,6 с. В промышленном аппарате с шириной канала 0,42 м (межэлектродное расстояние 0,21 м) время пребы-
вания должно быть увеличено в соотношении К:
* = = 5,6
0,038
и должно составить
хпром = хлаб ■ к = 0,6 • 5,6 = 3,36 с .
Следовательно, длина активной зоны промышленного электроциклона должна равняться
Н
• V 3,36 • 9,722
S,
= 7,2 м
^ аз 4,5
Для варианта применения одного электроциклона производительностью 70000 м3/ч (для очистки газов от обеих ниток) аналогичные расчеты аппарата дали следующие технологические характеристики: диаметр корпуса 3,6 м, диаметр центральной трубы 1,2 м, высота активной зоны 7 м, число каналов равно 3, расстояние между осадительным и коронирующим электродом равно 0,2 м.
ПДВ персоли с очищенным газом (из регламента производства) ограничивается величиной 2 г/с или концентрацией персоли в газе 47,18 мг/м3.
Эксперимент показал, что конечная концентрация персоли в газе на выходе из электроциклона составляет 1,03 мг/м3. При расходе аэрозоля 70000 м3/ч выброс продукта равен 7000-0,00103/ /3600 = 0,02 г/с. Это меньше ПДВ в 100 раз.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Как показали экспериментальные исследования, в электроциклоне достигается высокая степень очистки (до 99,9%).
Замена циклонов 2-й ступени очистки электроциклоном позволит снизить выбросы продукта до 0,02 г/с, что значительно ниже ПДВ, равному 2 г/с. Можно исключить мокрую ступень очистки.
Результаты проведенных эксперименталь-
ных исследований позволяют рекомендовать электроциклон в качестве аппарата второй ступени сухой тонкой очистки отходящих газов из сушилки КС.При этом на каждой нитке можно установить электроциклон с диаметром корпуса 2,6 м с длиной активной зоны 7,2 м, либо один аппарат для обеих ниток диаметром 3,6 м с длиной активной зоны 7 м.
ЛИТЕРАТУРА
1. Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. / Под ред. Т. Спирина. Ярославль: Верхне-Волжское кн. изд-во. 1971. 95 с.
Cyclones of NIIOGAZ. Instructions on designing, production, installation and operation. / Ed. T. Spirin. Yaroslavl: Verhne-Volzhskoe kn. izd-vo. 1971. 95 p. (in Russian).
2. Голованчиков А.Б., Сафронов Е.В., Карпова О.В. //
Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2000. Т. 43. Вып. 6. С. 77-80.
Golovanchikov A.B., Safronov E.V., Karpova O.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol 2000. T. 43. N 6. P. 77-80 (in Russian).
3. http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n4y2011/524/
4. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Металлургия. 1973. 384 с.;
Gordon G.M., Peiysakhov I.L Control of dust collecting devices. M.: Metallurgiya.1973. 384 p. (in Russian).
5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. / Под ред. М.О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1992. 672 с.;
Idel'chik I.E. Handbook on hydravlic resistences. / Ed. M.O. Shteiynberg. M.:Mashinostroenie. 1992. 672 p. (in Russian).
6. Бабиченко Л.Г. Фильтры АФА. Каталог. М.: ЦНИИато-минформ. 1987;
Babichenko L.G. Filters AFA. Catalog. M.: CNIIatomin-form. 1987. (in Russian).
7. Гарбар М.И., Акутин М.С., Егорова Н.М. Справочник по пластическим массам. Том 1. М.: Химия. 1967. 462 с.; Garbar M.I., Akutin M.S., Egorova N.M. Handbook on plastics. M.: Khimiya. 1967. V. 2. 462 p. (in Russian).
x
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
