CC BY
104
УДК 66.021.4
Л. Н. Москалев, С. И. Поникаров, И. И. Поникаров ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА КОНДЕНСАЦИИ В КОНТАКТНОМ ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ
Ключевые слова: аппарат вихревого типа, контактная конденсация.
Для развития химической промышленности необходимо увеличение производительности оборудования при минимальных капитальных затратах и энергоресурсов. Применение аппаратов вихревого типа, сочетающих высокие скорости контактирования фаз позволяет рекомендовать их для такого процесса, как контактный теплообмен. В статье рассмотрено конструктивное оформление экспериментальной установки с применением аппарата вихревого типа с использованием насадок и без них.
Key words: the vortex type, contact condensation.
For the development of the chemical industry it is necessary to increase productivity of the equipment with minimum capital costs and energy resources. The application of the vortex type, combine high speed of contacting phases allows to recommend them for such a process, as contact heat exchange.
In the article the constructive design of a pilot plant with the use of the device of the vortex type with the use of attachments and without them.
Для проведения процесса конденсации в контактных аппаратах широкое применение нашли прямоточные аппараты: конденсаторы смешения, барометрические конденсаторы, струйные тепломассообменники, градирни и т.д. [1, 2]. Но, входе исследования литературы по вихревым контактным аппаратам было выяснено, что ни один из существующих вихревых контактных аппаратов не участвовали в конденсации пара, а применялись, только лишь для очистки запыленных газов от мелкодисперсных частиц [3-9].
1. Описание экспериментальной установки
Экспериментальное исследование процесса контактной конденсации водяного пара в вихревых условиях проводилось на ниже описанной установке. Экспериментальная установка состоит из следующих основных блоков (рис.1, 2): паровая и водяная система.
Паровая система включает в себя следующие аппараты и узлы:
- контактный конденсатор 1 емкостью: 6,67 л, в который подается пар на конденсацию, через вентиля Кз, К4. Данный аппарат включает в себя также насадки: спиралеобразную и конусообразную для проведения идентичных экспериментов и снятия соответствующих результатов.
- двух секционный парогенератор 2 емкостью: 1 -1л. и2-4л.,в качестве парообразователя с мощностью нагревателя 2 кВт (рис.1, 2)
- система стальных труб с вентилями, оснащена теплоизоляцией. Теплоизоляция состоит из минеральной ваты и стальной проволоки. Для соединения труб использованы резьбовые соединительные элементы «американки». Трубы используются стальные Dy = 20 мм (от парогенератора 2 до основного аппарата 1);
Водяная система, она же система охлаждения, состоит из:
- насосной станции в составе электрического насоса фирмы Grundfoss серия UPS 2540 180 (Hmax = 4м, Qmax = 2,93м3/ч, Ртах = 10бар) и водяного бака (мерная емкость) для нагнетания давления в центробежно - струйную форсунку или в спиральную насадку находящейся в основном аппарате;
- сепаратора - отстойника и двух емкостей:
а) сепаратор - отстойник 3;
б) емкость 4 на 3 л. для сбора конденсата углеводородов (в случае экспериментов с углеводородами);
в) емкость 5 на 3 л. для водяного конденсата, из которой водяной конденсат подается обратно в систему в качестве оборотной воды в основной аппарат 1;
- системы трубопроводов с вентилями, по которым в замкнутом цикле оборачивается вода и проходит конденсация водяных паров. Трубы используются медные Бу = 6 мм (от основного аппарата 1 до сепаратора - отстойника 3, от емкости 3 до аппарата 4 и аппарата 5) и резиновые Бу = 12 мм (от насоса 6 до аппарата 5 и от аппарата 5 до основного аппарата 1.
Рис. 1 - Общий вид экспериментальной установки
Также в систему включены следующие приборы:
- мановакуумметры (М1, М3) марки ОБМВ1 - 100 (диапазон показаний: от -1 до 5 кгс/см2, класс точности: 2,5) для измерения избыточного давления в греющем аппарате 2 и насосной станции;
- манометр (М2) марки МТП - 100 (диапазон показаний: от 0 до 2,5 МПа, класс точности: 2,5) для измерения избыточного давления в контактном аппарате 1;
- термометры технические жидкостные ТТЖ-К (исп.1, диапазон измерения 0...200°С, цена деления шкалы 2°С) в количестве 7 штук: 1 - в греющем аппарате, 5 - в контактном теплообменнике, 1 - в сепараторе-отстойнике.
Рис. 2 - Схема
экспериментальной вихревой установки: 1 -
контактный аппарат
вихревого типа; 2 -
греющий аппарат с соответствующими секции-ями 12 и 22; 3 - сепаратор -отстойник; 4 - емкость; 5 -емкость; 6 - насос
электрический
2. Конструктивная характеристика аппаратов экспериментальной установки
1. Основным аппаратом экспериментальной установки является вихревой контактный конденсатор. Его основные конструктивные части приведены ниже (табл. 1, 2).
Таблица 1 - Конструктивные параметры вихревого аппарата
Параметр, размерность Обознач. Величина
Высота аппарата, мм Нобщ 410
Диаметр аппарата, мм р 145
Площадь сечения аппарата, м С ГО (Л 0,065
Высота расположения термометра Т2, мм І1 45
Высота расположения термометра Т3, мм І2 178
Высота расположения термометра Т4, мм І3 250
Высота расположения термометра Т5, мм І4 320
Высота расположения термометра Т6, мм І5 370
Угол расположения термокарманов к вертикали, град а 30-45°
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера ввода пара №1, мм Иі 70
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера ввода пара №2, мм ІІ2 100
Расстояние от крышки аппарата до места крепления насадок, мм Из 80
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера ввода охлаждающей жидкости, мм Иі4 210
Таблица 2 - Таблица штуцеров основного аппарата
Наименование Условный проход штуцеров йу, мм Площадь внутренней поверхности штуцеров Бш, м2 Назначение
Штуцер №1 18 0,00101 Тангенциальный ввода пара
Штуцер №2 18 0,00101
Штуцер №3 4 0,00005 Выход конденсата
Штуцер №4 6 0,00011 Ввод охлаждающей жидкости в спиральную насадку
Штуцер №5 8 0,00020 Ввод охлаждающей жидкости в центробежно-струйную форсунку при использовании конусной насадки
Внутренние насадки основного аппарата:
а) рис. 3 насадка представляет собой конусообразный цилиндр Нобщ. = 260мм., йн = 54мм, йв = 135мм, с отверстиями диаметром ф = 3мм количество 565шт. и межцентровом расстоянии 11 = 5мм., 12 = 4мм.; Ь2 = 12мм количество 86шт. межцентровое расстояние 1з = 18мм., 14 = 14мм., расположенными в определенном порядке, И = 58мм., И2 = 52мм., Из = 101мм., толщина стенки насадки 0,8мм, материал Ст.3;
б) рис. 4 насадка представляет собой: центральная труба Нобщ. = 240мм., Оцен-г.-гр. = 20мм, с пластинами (спускающиеся по спирали) йсп = 130мм имеющие также отверстия определенного диаметра ф = 8мм количество 120шт., Ь2 = 6 мм количество 135шт., ё1 = 3 мм количество 740шт.; охлаждающая жидкость вводится через штуцер Ьшт. = 6мм. находящийся в насадке на расстоянии Иі= 120мм., из насадки через отверстия диаметром ф = 1мм вода попадает в паровое пространство, данные отверстия находятся на расстоянии И2= 40мм, Из= 200мм. в количестве 18шт.; толщина стенок: 5і = 1мм., 82 = 0,8мм., материал Ст.3.
Рис. 3 - Насадка конусообразная
Рис. 4 - Насадка спиралеобразная 8
2. Сепаратор - отстойник с насадкой и успокоителем (табл.3, табл. 4). Успокоитель представляет собой пластину с четырьмя отверстиями диаметром 4 мм. Необходимого для сглаживания потока жидкости выходящей из вихревого аппарата. Насадка представляет собой
- уложенные по порядку листы с отверстиями 5мм в количестве 610шт. Водяной конденсат по кольцевой через насосную станцию возвращается в систему охлаждения.
Таблица 3 - Конструктивные параметры вихревого аппарата
Параметр, размерность Обознач. Величина
Длина аппарата, мм Ьобщ 280
Диаметр аппарата, мм й 155
Площадь сечения аппарата, м Зап. 0,075
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера ввода конденсата пара №6, мм І1 60
Расстояние от крышки аппарата до штуцера №7, мм І2 240
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера №8 выход конденсата в аппарат 4, мм І3 240
Расстояние от крышки аппарата до центра штуцера №9 выход конденсата в аппарат 5, мм І4 15
Расстояние от крышки аппарата до перегородки разделения водяного конденсата и конденсата углеводородов, мм І5 190
Высота перегородки разделения водяного конденсата и конденсата углеводородов, мм Иі 130
Таблица 4 - Таблица штуцеров сепаратора - отстойника
Наименование Условный проход штуцеров йу, мм Площадь внутренней поверхности штуцеров Бш, м2 Назначение
Штуцер №6 4 0,00005 Вход конденсата
Штуцер №7 4 0,00005 Дыхание сепаратора
Штуцер №8 4 0,00005 Выход конденсата в аппарат 4
Штуцер №9 4 0,00005 Выход конденсата в аппарат 5
3. Емкость 4 для сбора конденсата, в случае экспериментов с углеводородными парами для сбора углеводородного конденсата.
4. Емкость 5 для сбора водяного конденсата и возвращения его в систему охлаждения.
5. Электрический насос 6 необходим для создания давления в системе охлаждения.
Литература
1. Таубман, Е.И. Контактные теплообменники / Е.И. Таубман и др. - М.: Химия, 1987. - 256с.
2. Пат. 2016261 Российская Федерация, МПК7 Р04Б5/02. Способ сжатия сред в струйном аппарате и устройство для его осуществления / Фисенко В.В.; заявитель и патентообладатель Транссоник Юбершалль-Анлаген ГмбХ (ББ) - № 5001768/29 ; заявл. 06.09.1991; опубл. 15.07.1994.
3. Дытнерский, Ю.И. Учебник: в 2 ч. / Юрий Дытнерский Процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1995. Ч.1: Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и теплообменные процессы и аппараты. - 400 с.
4. Гельперин, Н.И. в 2 кн. / Нисон Гельперин Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1981. Кн. 1: - 812с.
5. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин 1961. -704с.
6. Биргер, М.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию/ М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под общ. Ред. А.А. Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312с.
7. Ильченко, О.Т. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий/ Под ред. О.Т. Ильченко. - Х.: Высш. Шк. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1985 - 384с.
8. Брайнес, Я.М. Процессы и аппараты химических производств / Я.М. Брайнес М., 1947. - 597с.
9. Айнштейн, В.Г. Учебник: в 2 кн / Виктор Айнштейн Общий курс процессов и аппаратов химической технологии Кн.1 - М.: Химия, 1999 - 888с., ил., Кн. 2 - м.: Логос; Высшая школа, 2002 -872 с.
© Л. Н. Москалев - зав. лаб. каф. машин и аппаратов химической технологии КНИТУ, [email protected]; С. И. Поникаро - д-р техн. наук, проф., зав. каф. машин и аппаратов химической технологии КНИТУ, [email protected]; И. И. Поникаров - д-р техн наук, проф. той же кафедры.
