Расчет и применение вихревого пылегазоразделителя в производстве синтетических моющих средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 66.021.4

В. В. Алексеев, И. И. Поникаров

РАСЧЕТ И ПРИМЕНЕНИЕ ВИХРЕВОГО ПЫЛЕГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЯ

В ПРОИЗВОДСТВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ

Ключевые слова: вихревой пылегазоразделитель, параметры крутки, входная, основная и дополнительная зоны

пылеулавливания.

Повышение эффективности пылеулавливания и возвращения части пыли синтетических моющих средств возможны за счет более эффективного оборудования: отечественных высокоэффективных циклонов НИИОГАЗ, а также за счет применения вихревого пылегазоразделителя. Предложена методика расчета входной зоны, основной и дополнительной винтовых зон и пылеулавливания для вихревого пылегазоразделителя.

Key words: vortex dust and gas distributor. The parameters of the twist, input, basic and additional.

Dust capture efficiency and return of the dust of detergents possible by choosing more efficient cyclones in NIIOGAS, as well as through the use of a vortex dust gas distributor. The design procedure of the entrance area basic and additional screw bands degusting for vortex dust and gas distributor.

Производство синтетических моющих средств (СМС) на Казанском ОАО <<Нэфис Косметикс>> осуществляется методом высушивания композиции в распылительной противоточной башне горячим воздухом. Процесс производства состоит из ряда стадий, в том числе, стадии очистки пылегазовых выбросов (в аспирационных системах).

Повышение эффективности пылеулавливания и возвращение части пыли СМС возможно за счет применения более эффективного циклонного оборудования: отечественных высокоэффективных циклонов НИИОГАЗ, или вихревого пылегазоразделителя [1].

Ниже описывается методика расчета вихревого пылегазоразделителя (ВПГР) для пылеулавливания в производстве СМС.

Исходными данными для расчета вихревого пылегазоразделителя являются: действительный

объемный расход газов Gv, м3/с; плотность р,

кг/м3и динамическая вязкость газов Па • с , при рабочих условиях; дисперсный состав пыли и средний медианный размер частиц dm, мкм;

начальная концентрация пыли Ch = Co, г/м3; плотность частиц пыли рт, кг/м3 ; требуемая эффективность пылеулавливания газов Пт и допустимые затраты энергии на организацию процесса пылеулавливания ДР, Па .

Расчет входной зоны пылеулавливания

Конструктивно входная зона

пылеулавливания представляла собой канал кольцевого сечения с размерами выхлопной трубы d и аппарата D [1]. Для создания начальной закрутки потока могут быть использованы, как наиболее предпочтительные и простые тангенциальные закручивающие устройства (ТЗУ) с входным

патрубком круглого (внутренним диаметром do) или прямоугольного (шириной a и высотой Ь) поперечного сечения.

Далее предлагается следующая

последовательность расчета вихревого

пылегазоразделителя.

Определяется площадь входного патрубка Fвх ,м2 по уравнению:

Fвх = Gv/Vвх , (1)

где = 15 * 25 м/с - скорость движения

пылегазовой смеси на входе.

Для выбранной формы поперечного сечения входного патрубка ТЗУ (круглой или прямоугольной формы), определялись значения конструктивных

параметров dO = или a и Ь. Размеры

патрубка а и Ь выбирается по рекомендации для расчета циклонного оборудования [2].

а = а/Б = 0,15* 0,3, а Ь=Ь = (1,8. 4,2)а (2) О

Определяется внутренний диаметр аппарата Р, м по выражению:

D = 1

= . И • Gv/

п • VD-11-d2

(3)

где d = = 0,4 * 0,6 - относительный наружный диаметр выходной трубы аппарата; V, = 2,0 *4,0 м/с [3] - среднерасходная скорость движения газов в кольцевом канале.

Вычислим относительный радиус входного

момента количества движения Рвх :

Rbx = 1-a ;RBX = 1-do,

(4)

где do = d/D - относительный диаметр входного патрубка.

Проверяется соблюдение условия безударного входа потока в кольцевой канал аппарата:

а < (1 - d)/2 или dO < (1 - d)/2 (5)

Вычисляется высота входного патрубка Ь прямоугольного сечения Ь = Fвх /а . Определяется интегральный параметр крутки потока на входе 0вх :

овх -rbx/kT -

п-И -d2 ]-(l -a) /(4• a• b).

(6)

Вычисляется значение конструктивного фактора разделения Kpk.:

Knie. -4• VB2X/(g• (d + D)).

ис. 1 - Номограмма для определения скорости осаждения частиц пыли в воздухе [4]

По номограмме (рис.1) определяется скорость гравитационного осаждения Уос, м/с частиц

крупной фракции I размером ^ , мкм. Вычисляется скорость центробежного осаждения тех же самых частиц крупной фракции I:

^ц..ос = ^с ' Кр.к. . (8)

Рассчитывается значение относительной высоты входной зоны пылеулавливания

IV = IV /О:

НВХ = -|рЭ • ^/(4 • Уц.ос. )]• !п(С1/Оо), (9)

где Оэ = ОЭ/О = 4 •Рк/(П -О), Рк = (п/4)ф2 - d2),

П = п • О; йэ - эквивалентный диаметр кольца, м; П - периметр осаждения, м; С1- концентрация

пыли на выходе из зоны пылеулавливания, г/м3 (задается проектировщиком).

Расчет основной и дополнительной винтовых зон пылеулавливания

Конструктивно основная винтовая зона пылеулавливания представляла собой канал кольцевого сечения с шагом винтового закручивающего устройства (ВЗУ) Б1.

Определяется средний угол закрутки фср1 по выражению:

Фср1 - arctg

о 1 + d

°в1--=

1 + d2

(10)

где 0В1 = А1 • 0вх- интегральный параметр крутки потока; 1,1 < А1 < 1,4 - коэффициент коррекции.

Вычисляется шаг винтового закручивающего устройства Б1:

Б1 = п •(□ + d)/(2 • 1дФср1). (11)

Определяются углы закрутки на диаметр d и Ов1: Фd = аг^д[п • d/S1] и

ФDR1 - arctg[nr B1/S1].

(12)и(13)

Вычисляются скорость движения газа в ВЗУ:

Vв1 = Vвх • Рвх/Рв1, (14)

гдгде Рв1 = S1 • э1пфср1 •(□ - d)/2 - площадь сечения винтового канала.

Рассчитываются тангенциальная Vфв1, м/с и ососевая ^в1, м/с составляющие скорости движения газа в канале:

Чф,1 = Чи^^М и Vхв1 = Vв1 • СОЭфср1 . (15) и (16)

Находится скорость центробежного осаждения частиц фракции II размером d м по

скорости гравитационного осаждения ^с1 (см.

номограмму рис. 1) и фактору разделения Крк1:

^ц.ос = ^ос. •Кр.к.1 , (17)

где Кр.к1 = 4 • Vф2в1/[g •(□ + d)].

Определяется относительная высота основной винтовой зоны Ив1 = И^Ю :

Н^ = -Оэвг • Vв1/(4 • Чц.ос.1 )]• !п(С2/С1), (18)

где йэв1 = Оэ • О^фср1; Vв1 = VD/Cosфср1; С1 и С2 - концентрации на входе в зону и выходе из нее, г/м3.

Расчет дополнительной винтовой зоны пылеулавливания производится аналогично расчету основной. Вычисляются значения параметров:

и

средний угол закрутки фср2, шаг S2 , углы ф^

Ф Овв , площадь сечения канала РВ2 , скорости ^с2 , V,

ц.ос.2

для частиц мелкой фракции III размером d 111 и фактор Крк2 . Однако вместо диаметра D необходимо использовать диаметр цилиндрической вставки D1, а при расчете скорости движения газа Vr2 должна учитываться доля газа £ - 0,8 ^0,9, поступающего в зону пылеулавливания. При расчете высоты зоны hR2 использовались значения концентрации на входе в зону С1 и на выходе из нее С2, г/м3 .

Общая эффективность пылеулавливания аппарата П определяется эффективностями

пылеулавливания во входной Hi, основной П2 и дополнительной Пз зонах: з

П = 1-П(1-(I9) i=i

где Hi = (Cm - Ci)/Cj-1 - степень очистки пылегазовой смеси в i-ой зоне; i — количество последовательно организованных зон

пылеулавливания (i=3).

Техническое перевооружение производства СМС позволило в 2001 г. внедрить систему управления частью технологических процессов: дозирование компонентов, процесс приготовления и осушки композиции, повысить тем самым эффективность и рентабельность производства. Однако последующая реконструкция систем аспирации позволит снизить выбросы порошков СМС в окружающую среду и повысить

экологичность производства за счет замены существующих циклонов на ВПГР [5, 6].

Литература

1. А.Н. Филимонов, П.В. Алексеев, И.И. Поникаров, В.В. Алексеев, IIМеждун. науч.-техн. конф, Воронеж, ч. II, 2004, 287-289.

2. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, П.В. Алексеев, Вест. Казан. технол. ун-та, 17, 2, 132-134, (2014).

3. Очистка промышленных газов от пыли/ В.Н. Ужов и [др.] - М.: Химия, 1981.-392 с.

4. Гордон, Г.М. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии / Г.М. Гордон, И. Л. Пейсахов.- М. Металлургия, 1977.-456 с.

5. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, П.В. Алексеев, Вест. Казан. технол. ун-та, 16, 20, 220-223, (2013).

6. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, Вест. Казан. технол. ун-та, 17, 4, 220-222, (2014).

© В. В. Алексеев - канд. техн. наук, доц. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; И. И. Поникаров - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, советник ректората КНИТУ.

© V. V. Alekseev - Candidate of Technical Sciences, the associate professor of machines and devices of chemical productions of KNRTU, [email protected]; I. I. Ponikarov - the Doctor of Technical Sciences, Professor of the same chair, the adviser of administration.