МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ВЛОВЛЮВАННЯ В ЦИКЛОННОМУ АПАРАТІ З УТВОРЕННЯМ ПЛІВКИ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 66.021.1

Б01: 10.15587/2313-8416.2019.156427

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ВЛОВЛЮВАННЯ В ЦИКЛОННОМУ АПАРАТ1 З УТВОРЕННЯМ ПЛ1ВКИ

© В. В. Новодворський, А. Р. Степанюк, Р. В. Кичак

Запропонований циклон суттево тдвищуе ефективтсть пиловловлювання композитного забруднення, яке складаеться з твердих частинок та водяно'1 пари, та сприяе зменшенню температури в апаратi, та пiдiбрано i розв 'язано фгзичну та математичну моделi вловлювання в циклонi. Проведено лтературний огляд i визначено, що було до^джено ранше i що авторами не було до^джено сукупного вловлювання. Було вiдiбрано проби пилу, що вловлено та проведено визначення фракцшного складу Ключовi слова: пиловловлювач, полiдисперсний пил, апарат, очищення повтря, циклон, сепаратор, тверда частинка

1. Вступ

Широке впровадження штенсивних технологш вирощування сшьськогосподарських культур, вико-ристання в щдвищених нормах оргашчних i мшера-льних добрив, пестицидiв та шших хiмiчних засобiв порушують природш умови i забруднюють навколи-шне середовище. Наявнiсть у мшеральних добривах рiзних токсичних домiшок, низький вмют поживних речовин, а також можливi порушення технологii ви-користання можуть призвести до серйозних негатив-них насладив. Тому збереження екологiчноi рiвнова-ги навколишнього середовища набувае державного значення.

Сульфат амонiю (амонiй сiрчанокислий) - хь мiкат, який вiтчизняна промисловють випускае у великих кшькостях. I не дивно, адже спектр його засто-сування дуже рiзноманiтний; вiн не вiдноситься до отруйних речовин, не видiляе отруйнi пари, що знач-но спрощуе його використання як добрива.

Щд час переробки водяних розчинiв сульфату амонiю у комплексш добрива одним iз етатв проце-су е очистка повиря вiд композитних забруднень. За допомогою циклону ефектившсть процесу досягае 96 %. Для пвдвищення ступеня вловлювання краще використовувати конструкцiю, в якш буде ввдбирати-ся волога iз теплоносiя. Це дасть змогу тдвищити ефективнiсть процесу до 98 % i подавати шлам у мь шалку.

Отже розробка способу очищення композитних забруднень при виробнищга оргашчних добрив е важливою темою.

2. Лггературний огляд

Незважаючи на те, що циклони користуються популяршстю в сучасних технолопях, промисловос-тi, пiдвищення ефективностi вловлювання дрiбних часток е досi складною задачею.

Авторами [1] дослщжувалися апарати трьох типiв з використанням стандартно приготовленого пилу (кварцового пiску): перший - апарат зi са-мовстановленими жалюзi, другий - запропонований, третш - циклон ЦН-11.

Авторами [2] розглянуто перспективний спосiб скорочення викидiв пилу в атмосферу в виро-бництвi керамзиту високоефективним апаратом мок-

рого очищення з комбшованою схемою пиловловлювання в знепилюючих системах аспiрацii.

Представлена структура i функцiональнi мож-ливостi автоматизованоi' системи дослвджень цик-лонiв i скруберiв, призначеноi для визначення щ№-носп пилу i и гранулометричного складу [3].

У лiтературi [4, 5] виршено задачу повиро-очищення. Напрямками вдосконалення обрано збiльшення рiвня достовiрностi теоретичного висвiтлення супутнiх аеродинамiчних та сепарацш-них процесiв. Результати дослщжень розв'язують проблему, вирiшення яко1' дае змогу проводити очистку промислових i вентиляцiйних пилогазових потокiв з вищою ефектившстю i меншими енерге-тичними затратами.

Авторами [6] дослвджено вплив при рiзному дiаметрi та концентрацii частинок сепаратора та габаритами апарата. Отримаш результати можуть за-безпечити основи для подальшого вивчення моделей сепарацii газ-тверде тшо та розрахунку продуктив-носп циклонiв.

Представлена детальна iнформацiя про потоки та продуктившсть п'яти рiзних циклонних се-параторiв з рiзними кутами входу отриманий з СРБ-БЕМ. 1х дiевiсть пiдтверджуеться зютавлення передбачуваного та вимiрювання падiння тиску та швидшсть газу [7].

В лiтературi не наведено способiв одночасного вловлювання високодисперсних твердих частинок та парiв води, тому було запропоновано циклон який пiдвищуе ефективнiсть пиловловлювання композитного забруднення, що складаеться з твердих частинок та водяно1' пари, а також сприяе зменшенню температури в апарап [8, 9].

3. Мета та задачi дослщження

Метою роботи е моделювання пиловловлю-вання композитного забруднення, яке складаеться з твердих частинок та водяно1' пари та зменшення температури в апарап для частково1' конденсацп парово1' фази.

Для досягнення мети були поставленi наступш

задачi:

- визначити залежнiсть ефективно1' в'язкостi вiд швидкостi зсуву та надати рекомендацп щодо

проектування циклонного апарату запропоновано1 конструкци.

- обгрунтувати фiзичну модель процесу вида-лення композитних забруднень в циклонному апарап та пiдiбрати математичну модель;

- змоделювати процес вловлювання в циклонi в програмному середовищi SolidWorks та визначити траeкторiю потоку, коефщент тепловiддачi, темпера-турний розподш в апаратi i розподiл швидкостей.

4. Матерiали i методи

З зростанням обсягу промислового виробниц-тва виникають проблеми викидiв композитних забруднень, яш вмiщують твердi частинки i воду. Пiд час виробництва в грануляторi генеруеться велика кшьшсть твердих, дрiбнодисперсних частинок та па-рiв води. Утворюеться суспензiя (рис. 1.), концентрация яко1 мае бути визначена в певних межах. Для вщ-дшення цих виквдв було запропоновано осаджувати високодисперснi твердi частинки та пари води у мо-дернiзованому циклонi, витрати води в якому значно меншi.

Рис. 1. ^iBKa в циклонi Було розв'язане диференцiальне рiвняння:

a (S3 +1 S

St I Sr2 r Sr

де a _—--коефiцieнт температуропроввдносп.

P-c

n04aTK0Bi умови: t=20 °C, t2=95 °C; Грaничнi умови:

ст e пл e пл с V пое }

or or or

Для розв'язання рiвняння треба знайти товщи-ну плiвки, а для цього необхвдно визначити в'язкiсть суспензii, що утворюеться.

In ц

0

4

-0,5 -1 -1,5 -2

-2,5

In ц

0

-0,5 -1 -1,5 -2

In и

0

L

-0,5 -1 -1,5 -2

-2,5

15° С

50° С

5,2

In j

5,4

y = 1,9031x - 11,69 R2 = 0,9406

y = 1,2141x -8,028 R2 = 0,9813

-•-15° С I

,8 5 25 4 5,

_ A ¿Ail x - 4,895 9707

y y = 0,5583x -4, = 0,609 R2 = 0 5637

R2 0,9322

15° С

50° С

In j

,8 5 25 ,4 5,

y = 1,3252x - 8,5008 R2 = 0,9532 5

y = = 1,0043x - 6,9492 R2 = 0,9588

5. Результата дослвджень та ix обговорення

Для визначення мaтемaтичноi моделi необ-хiдно визначити реолопчш влaстивостi суспензи.

Реологiчнi характеристики дослвджуються на вiскозиметрi типу РВ-8 [10].

Визначено зaлежнiсть в'язкостi вщ швидкостi зсуву при 20, 35 та 50 мас. % води та встановлено реолопчш рiвняння рис. 2.

Рис. 2. Визначено залежшсть в'язкосл вщ швидкостi

416 T-288

зсуву: а - при 20 % води т _ 0,162 - у0'609 - e

п <™ 0.416--

.■О,609 „ 288-273

б - при 35 % води т = 0,146 •} в - при 50 % води т = 0,147 • /004

, 0,644^-1-2^

1,21 e 288-273 .

5

а

б

е

T-288

288-273

Було ввдбрано проби та створено модельний ро-зчин з твердо! фази i води (80:20, 35:65, 50:50 мас. %) при температурах 15 °С i 50 °С.

Симуляцiя процесу вловлювання в циклош у nporpaMi SolidWorks рис. 3.

б

Рис. 3. Визначено: а -траекторш потоку; б -коефщент тепловвддачц Вт/(м2К); в - температурний розпо-

дiл; К; г - розподш швидкостей, м/с

а

в

г

6. Висновки

1) Пiдiбрaно та обгрунтовано фiзичну та мате-матичну моделi вловлювання в циклонi, що дае мож-ливiсть визначити умови осадження забруднень у циклош.

2) Визначено зaлежнiсть в'язкостi вщ швидко-стi зсуву /uef = K ■ , при рiзних концентрaцiях i те-

мпературах, що дало можливють визначити умови сп-кання плтвки осаду у бункер, розрахувати товщину плi-вки (уточнити параметричний розрахунок циклону).

3) Змодельовано процес вловлювання в циклош в программному середовищi SolidWorks та визначено траекторш потоку, коефщент тепловщдач^ температурний розподiл в апарап i розподiл швидкостей.

Лiтература

1. Батлук В. В., Батлук В. А., Басов М. В. Створення пиловловлювач1в для полщисперсного пилу // Охорона пращ. 2009. № 2 (16). P. 181-187.

2. Кошкарев С. А., Азаров В. Н. Оценка эффективности аппарата мокрой очистки обеспыливания выбросов печей обжига керамзита // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2. P. 18-32. doi: http://doi.Org/10.5862/mce.54.3

3. Асламова В. С., Жабей А. А. Автоматизированная система исследования циклонов и скрубберов // Известия Томского политехнического университета. Энергетика. 2010. T. 316, № 4. C. 71-76.

4. Кущенко О. В. Пщвищення ефективност систем охолодження тягового електроустаткування локомотив1в удоско-наленням пов1троочищувач1в: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Луганськ, 2003. 24 с.

5. Куц В. П. Науково-практичш основи створення високоефективного пилоочисного обладнання комбшовано! дп: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Льв1в, 2015. 40 с.

6. Solids concentration simulation of different size particles in a cyclone separator / Wan G. et. al. // Powder Technology. 2008. Vol. 183, Issue 1. P. 94-104. doi: http://doi.org/10.1016/j.powtec.2007.11.019

7. Effect of the inlet angle on the performance of a cyclone separator using CFD-DEM / Wang S. et. al. // Advanced Powder Technology. 2019. Vol. 30, Issue 2. P. 227-239. doi: http://doi.org/10.1016/j.apt.2018.10.027

8. Циклон: Пат. UA / Новодворський В. В., Степанюк А. Р. № u201807571; заявл. 06.07.2018.

9. Новодворський В. В., Степанюк А. Р. Моделювання процесу вловлювання в циклонному апарат ново! конструкцп // ScienceRise. 2018. № 10. C. 33-36. doi: http://doi.org/10.15587/2313-8416.2018.146844

10. Швед М. П., Степанюк А. Р. Дослщження реолопчних властивостей розчишв пол1мер1в. Ки!в: КП1 ¡м. 1горя Сь корського, 2017. 17 c.

Рекомендовано до публжацп д-р техн. наук Радовенчик В. М.

Дата надходження рукопису 07.02.2019

Новодворський Володимир Валершович, кафедра машин та апарапв хiмiчних i нафтопереробних ви-

робництв, Нацюнальний техшчний ушверситет Украши «Кшвський полггехшчний шститут iменi 1горя

Окорського», пр. Перемоги, 37, м. Ки!в, Укра!на, 03056

E-mail: qwertyqwerty641@ukr.net

Степанюк Андрiй Романович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра машин та апарапв хiмiчних i нафтопереробних виробництв, Нацiональний технiчний унiверситет Украши «Кшвський полiтехнiчний шститут iменi 1горя Сжорського», пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Украша, 03056 E-mail: ynk@kpi.ua

Кичак Руслан В^алшович, аспiрант, кафедра машин та апаратш хiмiчних i нафтопереробних виробництв, Нацюнального технiчного ушверситету Украши «Кшвський полiтехнiчний iнститут iменi 1горя Сiкорського», пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Украша, 03056 E-mail: kkrnvh@gmail.com

УДК 066.015.23

Б01: 10.15587/2313-8416.2019.155858

ГАЗОСОДЕРЖАНИЕ НА ТАРЕЛКЕ ПРОВАЛЬНОГО ТИПА В КОМБИНИРОВАННОМ КОНТАКТНОМ УСТРОЙСТВЕ

© Г. В. Тараненко

Проведено исследование тарелок провального типа с большим свободным сечением, которые предлагается устанавливать в комбинации с пакетом гофрированной насадки с косым гофром. Пакет насадки устанавливается над тарелкой провального типа в качестве сепаратора газожидкостного слоя, таким образом, пакет насадки является второй зоной контакта фаз в условиях массопередачи. Такое комбинированное контактное устройство допускает большие линейные скорости газа.

Установлено, что гидродинамические характеристики комбинированного контактного устройства практически не зависят от диаметра колонного аппарата в условиях нагрузок по жидкой фазе характерных для процессов ректификации

Ключевые слова: комбинированное контактное устройство, колонна, геометрические характеристики, ректификация, сепаратор, тарелка провального типа

1. Введение

В химической и других отраслях промышленности достаточно широко изучаются гидравлические характеристики тарелок провального типа [1-3]. Эти работы посвящены исследованию тарелок провального типа с небольшим свободным сечением (/<0,25).

В настоящее время актуальной задачей является увеличение линейной скорости газа (пара) в колонных аппаратах. Это позволяет уменьшить поперечное сечение аппарата, при сопротивлении массо-передаче сосредоточенном в газовой фазе. Также уменьшается время пребывания контактирующих веществ в аппарате, что важно, если эти вещества термолабильные [4].

Этой цели можно достичь, если снабдить колонный аппарат тарелками провального типа с большим свободным сечением. Однако такие тарелки имеют низкую эффективность. Для увеличения общей эффективности ступени контакта фаз в сепара-ционное пространство тарелки провального типа помещают сепаратор, который предназначен для

уменьшения брызгоуноса с нижележащей тарелки провального типа. В таком комбинированном контактном устройстве сепаратор выполняет задачу второй зоны контакта фаз [5].

Для эффективной работы в комбинации с тарелками провального типа с большим свободным сечением, сепаратор включает в свою конструкцию регулярную насадку с косым гофром [6]. Эта насадка допускает большие производительности по газу и жидкости, имеет небольшое гидравлическое сопротивление и обладает хорошими сепарационными характеристиками.

2. Анализ литературных данных

В [7] рассматриваются исследования гидравлических и кинетических характеристик комбинированного контактного устройства [5], которые проведены в широком диапазоне изменения скоростей, как газовой, так и жидкой фазах.

Геометрические характеристики исследованных тарелок приведены в табл. 1.

Таблица 1

Геометрические характеристики тарелок_

Номер тарелки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Диаметр колонны, Бк, м 0,15 0,3 0,4 2,0

Свободное сечение, /х102 16 22 25 30 36 46 16 36 56 16 36 56 16 25 36

Диаметр отверстия, а?0х103, м 8 12 12 12 12 7 8 12 12 12 12 12 12 12 12