CC BY
52
7. Белоусов, А.С. Закономерности структур течений в аппаратах для обработки волокнообразующих полимеров при активных гидродинамических режимах/ А.С. Белоусов, Б.С. Сажин.- Химические волокна. - 2007, №6. - С. 40-43.
УДК 677.697
О.С. Кочетов, В.Б. Сажин, М.В. Сошенко, М.А. Апарушкина, Е.О. Боброва,
Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРА КИПЯЩЕГО СЛОЯ С ВИХРЕВЫМИ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
The design procedure of parameters heat recyclors a boiling layer of systems of ventilation and an air conditioning for crest of scratched shops of Open Society « Troitskaya kamvolnaya factory», for the conditioner such as КТ-200 by settlement productivity of 182000 m3 / Л is considered. The optimum sizes of the device are received: 0,65x0,65x1,9 m, the area of alive section in a working zone of 0,42 m2, and also modes of operation of the device: mass speed of air no more than 4,1 ... 4,3 kg / (м2-с), an inert nozzle - open plastic spheres, aerodynamic resistance of the device - 0,35 ^a.
Рассмотрена методика расчета параметров теплоутилизатора кипящего слоя систем вентиляции и кондиционирования воздуха для гребнечесального цеха ОАО «Троицкая камвольная фабрика», для кондиционера типа КТ-200 расчетной производительностью 182000 м3/ч. Получены оптимальные размеры аппарата: 0,65x0,65x 1,9 м, площадь живого сечения в рабочей зоне 0,42 м2, а также режимы работы аппарата: массовая скорость воздуха не более 4,1.4,3 кг/(м2-с), инертная насадка - полые пластмассовые шары, аэродинамическое сопротивление аппарата - 0,35 кПа.
Для гребнечесального цеха ОАО «Троицкая камвольная фабрика» рассчитаем систему кондиционирования воздуха с утилизатором тепла кипящего слоя, снабженным вихревыми форсунками, и представленного на рис.1.
Аппараты с кипящим слоем наиболее эффективно используются в вентиляционных системах предприятий, где по технологическим требованиям необходимо поддержание в течение всего года повышенной относительной влажности воздуха, что характерно для производственных цехов текстильных предприятий.
Г ребнечесальный цех ОАО «Троицкая камвольная фабрика», находящийся в г. Тро-
^ 2 к*
ицке Московской области, имеет площадь - 2 122 м , высоту - 3,2 м. На продольной стене цеха, обращенной на юг, имеются 32 окна, на восток - 10 окон, с двойным остеклением в деревянных переплетах, размером 1,8 x 1,4 м.
Технологическое оборудование состоит из 54 ленточных и гребнечесальных машин мощностью электродвигателей 2,8 кВт. В цехе одновременно работают 47 человек.
Сумма теплопоступлений от всех источников для теплого периода года EQ = 1004397 кДж/ч. Примем расчетные параметры Б наружного воздуха для г.Троицка [1]: ^ = 28,5°С, 1н = 54 кДж/кг. Внутренние параметры принимаем равными tE=25 °С при ф = 50 %.
Цех находится на верхнем этаже, в связи с чем теплопотери будут через наружные стены, окна и потолок. Подсчитав теплопотери по каждому ограждению в отдельности и просуммировав их, получим общую величину теплопотерь в цехе: EQ = 21 016 кДж/ч. Таким образом, избыточное тепло в летнее время составит: ЭДп =1025413 кДж/ч. Количество воздуха, которое необходимо подавать в цех - 182000 м /ч, а производительность системы кондиционирования воздуха - 71184 м /ч.
При выборе кондиционера будем учитывать параметры, рассчитанные для лета. Принимаем к установке кондиционер типа КТ-200 расчетной производительностью 182000
3 «-* 3
м /ч при номинальной производительности 200000 м /ч с утилизатором тепла, представленного на рис.1.
Аппарат с кипящим слоем работает следующим образом. Шары подвижной насадки 4 под воздействием, восходящего потока воздуха и поступающей на нее воды перемещаются, сталкиваясь друг с другом, и тем самым значительно интенсифицируют процессы тепло- и массообмена между распыляемой водой и воздухом, поступающим в аппарат. Интенсификации процесса тепло- и массообмена способствует установленный на опорной решетке 6 вибратор.
Кипящий слой характеризуется следующими параметрами: порозностью слоя s (относительный объем пустот в слое), скоростью на живое сечение u/s, числом псевдоожижения W=u/uKfi, высотой слоя h, скоростью витания частиц ивит и показателем полидисперсности i (отношение диаметров частиц крупной и мелкой фракций).
Ar
Qsö (1400 - 5.22) VAr (1)
Для описания всего интервала существования взвешенного слоя применяется обобщенная полуэмпирическая зависимость
Ars415
Reö — i---tzt (2)
A + bJArs
где А = 18 и В = 0,61 - константы.
В качестве распыливающего устройства используется механическая центробежная вихревая форсунка, приведенная на рис.2. Вывод готового продукта из сушильной установки производится с помощью скребков 7 в приемный короб 8 для готового продукта, а затем в бункер 9 для сбора готового продукта. В качестве первой ступени очистки воздуха от пыли продукта используются циклоны 6, размещенные в стояках 5, а окончательная очистка его производится в мокром скруббере 12, который орошается раствором, подаваемым насосом из емкости 11. В скруббере происходит предварительное сгущение раствора до требуемой влажности. Отработанный и очищенный теплоноситель выбрасывается в атмосферу, а сгущенный раствор поступает в емкость 11, и после перемешивания его с исходным раствором поступает в диспергатор 3, в качестве которого применяется вихревая центробежная форсунка, представленная на рис.2. Раствор подается по впускному отверстию 2 в кольцевой зазор 7, откуда в завихритель 6 через тангенциально расположенные к внутренней поверхности завихрителя 6 дроссельные отверстия 8. Вращающийся поток жидкости из завихрителя 6 выходит через калиброванное коническое отверстие 10 соплового вкладыша 9, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной
угла наклона конической поверхности отверстия 10. Сопловый вкладыш 9 может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама, рубина, сапфира, что существенно повысит надежность работы всей сушильной установки.
Рис. 1. Схема утилизатора тепла кипящего слоя для систем кондиционирования воздуха: 1-сепаратор, 2-распределитель воды, 3-форсунки, 4-подвижная насадка из полых пластмассовых шаров («кипящий слой»), 5-поддон, 6-опорная решетка, 7-металлический корпус, 8-направляющий аппарат, 9-поплавковый клапан, 10-фильтр.
При расчете аппарата с кипящим слоем в качестве исходных данных задают следующие показатели процесса: производительность по готовому продукту 02, кг/ч; начальную и конечную влажность материала юн и юк, %; температуры воздуха: наружного 1;0, на входе в аппарат 11 и выходе из него \2, °С; начальную 9н и конечную 9к температуры материала. Как показывают результаты экспериментов, можно принимать
9к=2-(3...5 "С)
Для расчета геометрических размеров аппарата с кипящим слоем рассчитывают критическую скорость псевдоожижения для частиц материала максимального размера ¿пах по соотношению
^ Аг
=---------------т=
1400 + 5.22у[Лг
где Аг = <(^гпах^р__ Ра) . рм— плотность материала, кг/м3; ра - средняя плотность газа; ^ Ра
кг/м3; V - средняя кинематическая вязкость газа, м2/с.
Критическая скорость (в м/с)
»¿з =-
(4)
Для обеспечения устойчивого режима псевдоожижения средняя скорость газа в аппарате
о = (2...3)ц
ёд
(5)
Б
Рис. 2. Схема вихревой центробежной форсунки:
1-корпус, 2-впускное отверстие, 3-крышка, 4- герметизирующая прокладка, 5-пружина, 6-завихритель, 7-кольцевой зазор, 8-дроссельные отверстия, 9- сопловый вкладыш, 10-калиброванное коническое отверстие.
Тогда площадь газораспределительной решетки аппарата (в м )
^ = V /о (6)
Коэффициент межфазного теплообмена для частиц материала, имеющих средний объемно-поверхностный размер 2, определяется из уравнения
Иы = 0.4
^°'67
Рг'
0.33
(7)
V є У
где £ - средний коэффициент порозности слоя, величина которого для интенсивного псевдоожиженного слоя составляет 0,55-0,7.
Re = ^ (8)
v
где Pr=v/a - число Прандтля; а - коэффициент температуропроводности газа при
t1>2=0.5(t1+t2), °С
Коэффициент межфазного теплообмена [в Вт/(м2 К)]
NuA
а = 1Г (9)
d3,2
где X - коэффициент теплопроводности газа при ^ 2
Минимальная высота слоя материала в аппарате (в м)
= У* / Fäi (10)
При номинальной производительности аппарата и давлении воды перед форсункой 98 кПа насадка 4 неподвижна при массовой скорости воздуха до 2,7...2,9 кг/(м -с),
*-» 2 а при увеличении этой скорости до 3.3,1 кг/(м -с) начинается движение шаров 4, процесс тепло- и массообмена значительно интенсифицируется, но возрастает и аэродинамическое сопротивление аппарата. Поэтому принимать массовые скорости воздуха
2 «-* выше 4,1...4,3 кг/(м -с) не следует, так как шары выходят из рабочей зоны, прижимаясь
к сепаратору 1, и резко увеличивается аэродинамическое сопротивление аппарата, ко*-* 2 2 торое составляет: 0,12 кПа при массовой скорости 2 кг/(м -с), 0,2 кПа - при 3 кг/(м -с) и
0.35.кПа - при 4 кг/(м -с). Размеры аппарата 0,65-0,65-1,9 м, площадь живого сечения в
о
рабочей зоне 0,42 м .
Выводы:
1. Исследованы параметры теплоутилизатора кипящего слоя систем вентиляции и кондиционирования воздуха для гребнечесального цеха ОАО «Троицкая камвольная фабрика».
2. Выявлено, что принимать массовые скорости воздуха выше 4,1...4,3 кг/(м -с) не следует, так как полые пластмассовые шары инертной насадки выходят из рабочей зоны.
3. Получены оптимальные размеры аппарата: 0,65x0,65x1,9 м, площадь живого
*-» 2 сечения в рабочей зоне 0,42 м .
Список литературы
1. Сажин, Б.С. Научные основы создания систем жизнеобеспечения для тектильных производств/ Б.С.Сажин, О.С.Кочетов.- М.: МГТУ.- 2004.-318 с.
2. Сажин, Б.С. Основы техники сушки/ Б.С.Сажин.- М.: Химия.-1984. -320 с.
3. Удалов, В.П. Расчет и проектирование теплоутилизаторов отходящих газов: учебное пособие к курсовому проектированию по дисциплине "Использование ВЭР теплотехнологических установок" для студентов специальности 100800/ В.П.Удалов. - Саратов: Саратовский гос. техн. ун-т.- 1999. - 50 с.
4. Павлова, Г.А. Теплоутилизационные аппараты: учебное пособие/ Г.А. Павлова, А.В. Вачаев. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова. - 2000. - 68 с.
