Научная статья на тему 'МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕГО ГАЗА В ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ'

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕГО ГАЗА В ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
7
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
выпарной аппарат / анализ / процесс горения / процесс выпаривания / концентрирование / evaporator / analysis / evaporation process / combustion process / concentration

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Рейпназарова Зинахан Даулетназаровна

В статье рассмотрены вопросы моделирование процесса сжигания природного газа в барботажном выпарном аппарате. Указана, возможность увеличения температуры газа с увеличением содержание кислорода в воздухе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Рейпназарова Зинахан Даулетназаровна

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

MATHEMATICAL MODEL OF PREPARATION OF HOT GAS IN AN EVAPORATOR FOR CONCENTRATING SOLUTIONS

This article modelling of process burning of natural gas in the barbotagical evaporating device is considered questions. It is specified, an opportunity increase in temperature of gas with increase the maintenance of oxygen in air.

Текст научной работы на тему «МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕГО ГАЗА В ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ»

A UNIVERSUM:

№10(115)_• » - ,;>= К*" 1'_октябрь. 2023 г.

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

DOI: 10.32 743/UniTech.2023.115.10.16117

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕГО ГАЗА В ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ

Рейпназарова Зинахан Даулетназаровна

канд. техн.наук, доцент, Каракалпакского государственного университета им. Бердаха,

Республика Каракалпакстан, г. Нукус E-mail: rzinaxan @karsu. uz

MATHEMATICAL MODEL OF PREPARATION OF HOT GAS IN AN EVAPORATOR FOR CONCENTRATING SOLUTIONS

Zinakhan Reypnazarova

Candidate of technical sciences, docent, Karakalpak State University named after Bedakh, Republic of Karakalpakstan, Nukus

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы моделирование процесса сжигания природного газа в барботажном выпарном аппарате. Указана, возможность увеличения температуры газа с увеличением содержание кислорода в воздухе.

ABSTRACT

This article modelling of process burning of natural gas in the barbotagical evaporating device is considered questions. It is specified, an opportunity increase in temperature of gas with increase the maintenance of oxygen in air.

Ключевые слова: выпарной аппарат, анализ, процесс горения, процесс выпаривания, концентрирование. Keywords: evaporator, analysis, evaporation process, combustion process, concentration.

Контактные выпарные аппараты позволяют выпаривать раствор без нагревательных элементов, так как основным источником тепла являются топочные (дымовые) газы, полученные в топках (погружных горелках), работающих на газообразном и жидком топливе. Аппараты контактного типа широко применяется в промышленности минеральных удобрений [1,4].

В производстве гранулированного аммофоса одним из важнейших технологических переходов, определяющих как качество выпускаемого продукта, так и технологические показатели всего производства, выступает выпаривание аммофосной суспензии [2].

При выпаривании аммофосной пульпы в качестве теплоносителя часто используют топочные газы, образовавшиеся в результате сжигания топлива [1,4]. Барботажных выпарных аппаратов, особенно при выпаривание аммофосной пульпы, большой значение имеет анализ процесса подготовки горячего газа.

Основным условием для сжигания топлива являются наличие достаточного количества воздуха

(кислорода) при хорошем перемешивании в процессе горения.

Рассмотрим структурную схему процесса подготовки горячего газа.

Входными параметрами системы являются: расходы и температуры газа и воздуха.

Элемент подготовки газа в выпарной аппарат -топка имеет входные параметры: расход топлива Dо и температуры топлива ^0, расход воздуха Gво и температура воздуха tво. Из топки под давлением Рвдо выходит воздушная смесь с расходом Gвд0 и температурой tвдо (рис. 1).

В блоке происходит сжигание топлива и образование горячего воздуха и осуществляется регулирование соотношения между расходом топлива D0, с температурой ^ и воздуха с расходом Gво, температурой и и давлением Рв. При взаимодействии этих двух компонентов происходит сжигание топлива и образование горячего газа. Горячий газ с расходом Gвдо, температурой tвдо и давлением Рво поступает в выпарную систему.

Библиографическое описание: Рейпназарова З.Д. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕГО ГАЗА В ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 10(115). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/16117

№ 10 (115)

А1

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

октябрь, 2023

Рисунок 1. Структурная схема процесса подготовки горячего газа

В блоке необходимо поддерживать соотношение расходов топлива и атмосферного воздуха в зависимости от количества кислорода в атмосферном воздухе. Можно регулировать подачу воздуха и организовать систему управления соотношением и расходом воздуха с подаваемым топливом - в зависимости от расхода топлива и содержания кислорода в атмосферном воздухе.

Теперь возникает другая задача о содержании кислорода воздуха. Для этого вводим коэффициент к1, характеризующий содержание кислорода в воздухе. Если это соотношение на входе в объект автоматизирования будет поддерживаться в правильном соотношении, то добьемся максимального использования газа, следовательно, оптимальной работы топки. Эффективность работы этого объекта падает, если будут отклонения. Поэтому в дальнейшем, для того, чтобы создать, систему оптимального управления этим объектом необходима его математическая модель.

Воспользуемся уравнением теплового баланса [3], для формализации математического описания процесса сжигания газа в топке:

dQ dz

= Яех - ЯеЫХ + q ■

(1)

Тепло, выделенное на основе сжигания метана, написано уравнением

G ■J

(4)

где 3- энтальпия преобразование тепло, Дж/кг;

Если входящее и выходящее тепла будут равны друг другу, то динамики процесса почти не будет, если будут изменения при входе или выходе, то возникает, динамика процесса характеризуется, тепло в объеме топки уравнением

Q = тъ ■ съ ■ tз.

(5)

В свою очередь тепло топки характеризуется массой и теплоемкостью газа, а масса характеризуется объемом газа в топке и плотностью газа. Это уравнение

m3 = V3 ■ Рз .

(6)

После некоторых преобразований с учетом уравнений (4, 5, 6) можно получить математическое описание температуры газа выходящего. Она характеризуется уравнением:

где дех - количество тепла входящего с газом и воздухом;

двых - количество тепла уходящего из топки газа; д - количество тепла которые, в топке происходит реакция окисления метана в среде кислорода. Входящее тепло записано за счет уравнением:

йЦ 1

— = "-(Ч • С1 • Ч + °2 • С2 • + ^ - °3 • С3 • Ч)

аг V р3

(7)

Математическая модель процесса сжигания газа в топке имеет вид:

Чех = 01 • С1 • Ч + • С2 • Ч , (2)

где О:, О2- расходы теплоты газа и воздуха;

с:, с2 - теплоемкости газа и воздуха, Дж/(кг • К);

/г, /2- температуры газа и воздуха, °С. Выходящее количество тепла определяется уравнением:

Чеых = G3 ■ С3 ■ t3 .

Чех = G1 ■ С ■ t1 + G2 ■ С2 ■ t2 : G3 ■ С3 ■ t3 '

Яе

q = G ■ J

dt-.

1

dz V Рз

(я.

+ qt

Яе

(8)

J

(3) Алгоритм исследования математического опи-

сания процесса сжигания газа в топке разработан с помощью пакета прикладных программ «МАТЬАБ».

Л

№ 10 (115)

А1

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

октябрь, 2023 г.

На рис. 2 представлена модель решения задачи для случая сгорания природного газа в горелке.

Рисунок 2. Модель процесса подготовки горячего газа

Данная модель позволяет определить изменение выходящей температуры газа при различных значениях входных параметров Ь, Gl и G2, в частности.

Численные эксперименты выполнены для следующих значений исходных данных: расход газа

G1=0,2 кг/с, расход воздух G2=3,2 кг/с; объем топки Ут =1м3 [5]. Полученные результаты исследования приведены на рис. 3.

4 6

виемя. с

Рисунок 3. Изменение температуры горячего газа от времени

Влияние расхода газовой смеси из топки на зависимость температуры от расхода воздуха приведено на рис. 4.

Д UNIVERSUM:

№10(115)_• » - ,;>= К*" 1'_октябрь. 2023 г.

Рисунок 4. Зависимость температуры газа от расхода воздуха

Как видно из рисунка 4, с изменением расхода газа в интервале 4,0^8,0 кг/с температура газа выходящего из топки уменьшается параболический с 891,9 до 491°С.

Таким образом, для эффективной работы выпарного аппарата необходимые условия, где можно

осуществлять такую систему, где в систему будет подаваться дополнительный кислород.

Предлагаемая математическая модель процесса в топки может быть использована для оптимального проектирования и управления на действующем производстве.

Список литературы:

1. Алабовский А.Н. Выпарные аппараты погружного горения.- Киев. Вища школа. 1980, -119 с.

2. Дохолова А.Н., Кармышов В.Ф., Сидорина Л.В. Производство и применение аммофоса. - М.: Химия, 1977. -240 с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Альянс, 2004. - 750 с.

4. Попов Н.П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений. - М.: Химия, 1974. - 128 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Рейпназарова З.Д., Артиков А.А. Математическая модель процесса выпаривания в рабочей зоне барботажного выпарного аппарата // Химическая промышленность. - Москва, 2008. т.85. - №6. - С. 310-313.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.