CC BY
55
fj С В & X U в химии и химической технологии. Tow XXIII. 2009. No 0 (102)
и проводится технологический Форсайт. Проведен опрос восьми групп экспертов — по полимерам, минудобрениям, по каучукам и резиновой про-мышленности, по нефтехимии, химическим волокнам, по малотоннажной и неорганической химии, а также по кадровому обеспечению. В результате анкетирования практически всех «живых» научно-исследовательских организаций химического комплекса был сформирован список технологий, которые позволят совершить рывок в конкурентоспособности. В целом, завершена детальная проработка сценариев развития химического комплекса по подотраслям, с определением наиболее важных параметров, от которых зависит реализация того или иного сценария.
Европейский союз с 1 июня 2008 года ввел новую систему регистрации производства, импорта и использования химических веществ — REACII (Registration, Avaluation and Authorisation of Chemicals). На практике введение этого документа означает, что все химические вещества, которые ввозятся на территорию Евросоюза из третьих стран, должны быть зарегистрированы в недавно созданном Европейском химическом агентстве. Еврочи-новникам. известно около 180 тыс. веществ, если вещество неизвестно, придется исследовать его на токсичность, биоразлагаемость, пожароопасное» и т д. в одной из сертифицированных лабораторий. Компаниям придется делать это за свой счет. Самые затратные (токсикологические) исследования стоят порядка €80 тыс. По информации А. Гудкова, на исследования и сертификацию веществ для REACH российские компании затратят около 10% экспортного дохода. Всего же прямые и косвенные расходы, которые понесет мировая индустрия с введением REACH, могут составить от €13 млрд. до €30 млрд.
В связи с этим главная задача для России на сегодняшний день - выработка рамочных правовых механизмов, которые позволят снять эти риски. Это — технический регламент «О безопасности химической продукции», в основу которого были положены система СГС и REACH, что позволяет гармонизировать российское и европейское законодательство.
УДК 66.074
Б. С. Сажин, М П. Тюрин, И. А. Попов, В. Б. Сажин*, М. А. Апарушкина, О. В. Платонова
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ПОТОКА ГАЗА В ВИХРЕВОМ СКРУББЕРЕ
Повышение эффективности процесса пылеулавливания и теплообмена в вихревом скруббере за счет увеличения относительной скорости движения капель жидкости не всегда
С Я $ X и а химии и химической технологии. Той XXIII. 2009. №9(102)
представляется возможным, поскольку инерционная составляющая скорости действует только на начальном отрезке пути в потоке воздуха. В дальнейшем определяющими факторами движения капель жидкости являются аэродинамические силы потока и силы тяжести. Относительная скорость при этом становится близкой к скорости витания. Для определения среднего диаметра капель жидкости, числа всех капель и поверхности раздела контактирующих фаз применен подход Колмогорова. Определение параметров движения газа для оценки эффективности процессов мокрого пылеулавливания и утилизации теплоты в вихревом аппарате основано на решении системы уравнений Навье-Стокса для осесимметрич-ной задачи и уравнения неразрывности. Для моделирования турбулентности использовалась к-е модель, для неб решены два дополнительных уравнения переноса, для определения к ~ турбулентной кинетической энергии и е - турбулентной энергии диссипации. Коэффициент турбулентной вязкости вычисляли по формуле Колмогброва-Прандтля как функцию параметров турбулентности - кинетической энергии и скорости ее диссипации. Представлены результаты численного расчета распределения составляющих скоростей газовых потоков в аппарате.
Эффективность улавливания взвешенных частиц в мокрых пылеуловителях существенно зависит от относительной скорости движения частиц пыли и жидкости, распределения скорости газового потока, конструкции оросителей и их расположения, дисперсности распыляемой жидкости, равномерности распыления, время контакта сред и т.д.
Спектр размеров частиц жидкости в оросительном объеме скруббера довольно широк от десятых долей до нескольких миллиметров. При этом количество капель с размером менее 0,03 мм в основном не превышает 10%. Такие капли захватываются потоком воздуха, быстро нагреваются и испаряются. Капли большого размера (2 - 3 мм) нагреваются медленнее, способствуют осушке воздуха и осаждаются в недогретом состоянии. Максимальная эффективность улавливания пыли на каплях достигается при их среднем диаметре 0,8 мм. При этом повысить эффективность процесса пылеулавливания и теплообмена за счет увеличения относительной скорости движения капель жидкости не всегда представляется возможным, поскольку инерционная составляющая скорости действует только на начальном отрезке пути в потоке воздуха. В дальнейшем определяющими факторами движения капель жидкости являются аэродинамические силы потока и силы тяжести. Относительная скорость при этом становится близкой к скорости витания.
Большую сложность при теоретических исследованиях таких аппаратов представляет необходимость определения среднего диаметра капель жидкости, числа всех капель и поверхности раздела контактирующих фаз.
Наиболее подходящим для описания распределения случайной величины является логарифмически - нормальный закон, предложенный и обоснованный Колмогоровым А.Н.:
где Р(с/) - вероятность попадания капель размером меньше с1\ д -дисперсия или среднеквадратичное отклонение величины а¿Г - медиана распределения.
(1)
$6 й 9 I 0 в химии и химической технологии. Той XXIII. 2009. №9(102)
Логарифмически - нормальный закон распределения в отличие от других зависимостей, предлаг аемых для этих целей, позволяет легко получать различные характеристики совокупности, являющиеся функциями размера капель через начальные моменты соответствующих порядков. Если обозначить объем распыляемой жидкости через V, то: поверхность всех капель
(2)
число всех капель
6¥
*М3(4пш)С3 ехр(23,86^3)
средний объемно - поверхностный диаметр
¿3/2 =
б м2(0
(3)
(4)
В уравнениях (3-4) 8, С, и с/тю. являются величинами экспериментальными и называются параметрами распределения.
= II
Рис. 1. Статическая составляют})я давления (Продольный разрез). Рис. 2. Проекция вектора скорости (Продольный разрез).
В й 6 X 0 в химии и химической технологии. Той XXIII. 2008. № 9 (102)
Начальный момент и-го порядка определяется следующим образом:
I
= /ехр
2г>2
(5)
где х - текущий диаметр.
При известном коэффициенте орошения В и среднего объемно - поверхностного диаметра капли из уравнения:
с 68
(7)
СКРж .
легко молено определить удельную поверхность распыления.
Большое значение также имеет знание параметров движения газа, которое позволяет оценить эффективность процессов мокрого пылеулавливания и утилизации теплоты в вихревом аппарате.
Математическая модель движения газа в аппарате основана на решении системы уравнений Навье-Стокса для осесимметричной задачи и уравнения неразрывности.
^-Ё-(Григ1>г) + -?-(григ„г)
дг г г _„ри-'
Нт 2
Г Г
_ 1 Г3 ' дог \ д
г г&
д( до.
-^-(григи)+—(григи:)
до.
дгК^Тг
д [ до.
д( до. ПЧ
др
сИу ри =0
(8)
(9)
(10)
(11)
где и, - скорость потока вдоль оси X, V,- скорость потока в радиальном направлении, О,- тангенциальная скорость потока; р - плотность
смеси. /лг - коэффициент турбулентной вязкости, Р - давление, о - вектор скорости.
Для системы уравнений (8 - 11) использовались следующие граничные условия:
постоянство задаваемой скорости потока на входе в аппарат; постоянство задаваемой скорости потока при выходе из аппарата;
- равенство нулю скоростей на стенке струйного устройства по всей его длине (условие прилипания).
Для моделирования турбулентности использовалась к-Е модель, для неё решается два дополнительных уравнения переноса, для определения, к -турбулентной кинетической .энергии и е - турбулентной энергии диссипации.
При этом предполагается изотропность турбулентной вязкости. Коэффициент турбулентной вязкости, являющийся характеристикой потока, вычисляется по формуле Колмогорова-Прандтля как функция параметров турбулентности - кинетической энергии и скорости ее диссипации:
Мт = фЗ е
--- £ Мб ,
- 2.117
-Г ' 1 88?
- 1.077
:-* 0 557?
~; С.37Ч45-.С!
Рис. 3. Проекция лектора скорости. Второе поперечное сечение
Решение системы уравнений совместно с граничными условиями было реализовано численным методом на ЭВМ.
На рисунке 1 - 3 изображены результаты численного расчета распределения составляющих скоростей газовых потоков в аппарате.
