CC BY
3
УДК 635.537.001
Щедрина Г. Г., к. техн. н.
доцент
кафедра «Теплогазоводоснабжение»
Бурцев А.П. студент магистратуры, 1 курс факультет строительства и архитектуры
Сабынин Д.В. студент магистратуры, 3 курс факультет строительства и архитектуры
Белозерова Е. С. студент магистратуры, 3 курс факультет строительства и архитектуры
Щедрин Д.Г. студент, 3 курс факультет строительства и архитектуры Юго-Западный государственный университет
Россия, г. Курск
К ВОПРОСУ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В АБСОРБЦИОННЫХ АППАРАТАХ ОСУШКИ ВОЗДУХА
Работа посвящена проблеме очистки и осушки высокопотенциальных промышленных вентиляционных выбросов. Предложена инновационная конструкция энергосберегающего аппарата осушки высокопотенциальных вентиляционных выбросов. Представлены критериальные зависимости, описывающие процессы гидродинамики и тепломассообмена в абсорбционном вращающемся теплообменника для осушки вентиляционных выбросов.
Ключевые слова: промышленные вентиляционные выбросы, осушка вентиляционных выбросов, гидродинамика, тепломассообмен, абсорбция, теплообменник, критериальные уравнения.
TO THE QUESTION OF ENERGY SAVING IN ABSORBING DEVICES OSUSHKA OF AIR
Work is devoted to a problem of cleaning and drainage of high-potential industrial ventilating emissions. The innovative design of the energy saving device of drainage of high-potential ventilating emissions is offered. The criteria dependences describing processes of hydrodynamics and a heatmass exchange in absorbing rotating the heat exchanger for drainage of ventilating emissions are provided.
Keywords: industrial ventilating emissions, drainage of ventilating emissions, hydrodynamics engineer, heatmass exchange, absorption, heat exchanger, criteria equations.
Одним из актуальных вопросов энергосбережения в промышленности является задача очистки промышленных (в том числе и вентиляционных)
выбросов и одновременного использования их теплоты в системах утилизации. Для обезвреживания отходящих газов от газо- и парообразных токсичных веществ применяют абсорбционные, адсорбционные, каталитические, термические и конденсационные методы.
Широко известные способы снижения влагосодержания воздуха применимы при незначительных диапазонах температур и влажности, характерных для выбросов систем общеобменной вентиляции. Использование тех же методов осушки воздуха для промышленных выбросов с температурой выше 40оС и влагосодержанием до 280 - 300 г/кг не приводит к желаемому результату или требует значительных капитальных затрат. Поэтому изыскание эффективного и оптимального варианта по степени осушки воздуха и экономичности представляет актуальную задачу [1; 2, С. 201-202].
Одним из эффективных средств очистки выбросов от газообразных загрязнителей на настоящее время является адсорбция. В условиях интенсификации промышленного производства неуклонно повышаются требования к состоянию воздушной среды в производственных помещениях и атмосфере. Поэтому остро встает необходимость разработки инновационных конструкций, отличающихся высокой
энергоэффективностью и обеспечивающих нормировано-качественные показатели осушки воздуха.
На кафедре «Теплогазоводоснабжение» Юго-Западного государственного университета была разработана инновационная конструкция абсорбционного регенеративного вращающегося теплообменника с регулярной насадкой из пластин с абсорбирующим веществом на теплоаккумулирующем цилиндре, поперечно омываемом потоком теплоносителя (рисунок 1) [3, 4].
Абсорбционный регенеративный вращающийся теплообменник состоит из разделенных перегородкой 3 двух емкостей: верхней 1 для вентиляционных выбросов и нижней 2 для адсорбирующей жидкости. Теплообменная поверхность регенератора выполнена из пластин 4. покрытых пленкой с абсорбирующим веществом, расположенных на теплоаккумулирующем цилиндре 5, или барабане. Длина каждой пластины меньше ширины каналов приточного и удаляемого воздуха на 5-10 мм.
Вращение барабана вокруг оси 7, соединенной с цилиндром 5 посредством стержней 6 и расположенной в плоскости перегородки 3, осуществляется под воздействием воздушных потоков на продольные пластины 4 цилиндра 5. Высота продольных пластин равна 1-1,5 диаметра теплоаккумулирующего цилиндра 5, толщина 1-1,5 мм обеспечивает их жесткость в работающем аппарате.
теплообменник: 1 - верхняя емкость для пропуска потока воздуха; 2 -емкость, заполненная абсорбирующей жидкостью (ЫСГ); 3 - перегородка; 4 - пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом; 5 - канал притока вентиляционного воздуха; 6 - канал удаления вентиляционного воздуха; 7 - ось; 8 - продольные ребра; 9 - теплоаккумулирующий цилиндр.
Пластины 4 цилиндра 5 в верхнем канале 1, поглощают каплеобразную влагу из вентиляционного воздуха, нагреваются и в результате непрерывного вращения барабана, перемещаются в нижний канал, где на пленке из абсорбирующего вещества происходит регенерация поверхности пластин.
Интенсивность тепломассообмена в канале удаляемого воздуха обеспечивается высокой периодичностью абсорбционно-десорбционного процесса на пластине, покрытой пленкой с абсорбирующим веществом в результате действия сил поверхностного натяжения, тяжести и центробежной, а также образованием дополнительной поверхности конденсации - капель, срывающихся с пластин и падающих в абсорбирующую жидкость. Кроме того вращение насадки рассматриваемого аппарата усиливает турбулентность внешнего потока теплоносителя [4]. Это, в свою очередь, значительно влияет на теплообмен даже в условиях развитого турбулентного течения в пограничном слое [5] и заметно повышает эффективность тепломассообмена в регенеративном абсорбционном теплообменнике.
Пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом, могут быть выполнены полностью из металла высокой теплоемкости с покрытием их мипластом.
При проведении экспериментальных исследований на опытной установке (абсорбционном регенеративном вращающемся теплообменнике) и последующей обработке полученных данных были определены следующие критериальные уравнения, описывающие гидродинамические и
тепломассообменные процессы в абсорбционном аппарате с вращающейся насадкой [5, С. 132-166]:
Eu = 2,86 • Re ~0,19 Nu - 0,191 • Re0,67 • Pr0,36 NuDJ - 0,191 • Re0,67 • PrD °'36
(3)
(4)
VDJ - °,191- Re • (5)
Выводы
Проведенный анализ показал необходимость разработки конструкций, обеспечивающих как энергосберегающие процессы очистки вентиляционных выбросов, так и нормировано-качественные показатели осушки воздуха.
Разработана конструкция энергосберегающего аппарата осушки высокопотенциальных вентиляционных выбросов.
Получены критериальные зависимости, описывающие процессы гидродинамики и тепломассообмена в абсорбционном вращающемся теплообменнике для осушки вентиляционных выбросов.
Использованные источники:
1. Исаченко В. П. Теплообмен при конденсации [Текст] М.: Энергия, 1977. 240 с.
2. Некоторые аспекты тепломассообмена в энергосберегающих аппаратах осушки воздуха /Щедрина Г.Г./ Сборник материалов Международной научно-практической конференции: Строительство-2011. Институт инженерно-экологических систем. Министерство образования и науки Российской Федерации; ФГБОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет; Н. А. Страхова - ответственный редактор. Ростов-на-Дону, 2011. С. 201-202.
3. Аппарат для обработки газа // Патент России № 62033. 2007. Бюл. № 9 / Щедрина Г.Г., Кобелев Н.С., Комягин М.С. и др.
4. Фильтр для очистки воздуха // Патент России № 2247591. 2003. Бюл. №7 / Кобелев Н.С., Котенко Э.В., Кудилинский Д.Б., Щедрина Г.Г., Кобелев В.Н.
5. Щедрина Г.Г. Энергоэффективные методы нормализации параметров природного газа / Г.Г. Щедрина, О.А. Гнездилова В.М. Пауков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 5-2(44). С. 132-166.
6. Щедрина Г.Г. Абсорбционная осушка воздуха. Модели и технические решения: монография / Г.Г.Щедрина // Юго-зап. гос. ун-т. Курск, 2016. - с. 116.
