Утилизация теплоты от теплотехнологического оборудования в вихревом аппарате Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

по элементу длиной А/ определяется выражением:

r dn . Л 1 А/

n---А/

d/

n —

J

л---со-n

2

(6)

Учитывая малость элемента длины А/, после соответствующих

преобразований и учета граничного условия (при / = 0, dt _ решение

уравнений (5) и (6) можно представить в виде:

/2

ut _ 1 d2

V

- d,

0

8K - Dm-W /

J

u,

(7)

0

Отсюда получим выражение для длины прямолинейного участка, необходимого для коалесценции:

' '2 Л 72 _(К2-1)• Щ■ d2

V

dt2 _ 1

dn2

u0d0

8K - П - W

*0 J

где W — n - 7 - d3 / 6 - обводнённость смеси

8K - П - W

(8)

Kd —

d,

2

d.

2 0

Приведенные соотношения для критического диаметра капель эмульсии и длины трубопровода, необходимой для коалесценции капель эмульсии до требуемого размера, могут быть использованы для расчета геометрических характеристик струйного аппарата для разделения устойчивых эмульсий.

Библиографические ссылки

1. Метод регенерации водных эмульсий / Б.С. Сажин, М.П. Тюрин, Р.А. Сафонов [и др.]; // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005, Т.ХК. № 10 (58).

2

УДК 66.011

М.П. Тюрин, М.А. Апарушкина, З.Н. Османов, В.Б. Сажин, Н.А. Солдатова

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ОТ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ

Теоретические и экспериментальные исследования в области создания оборудования для утилизации теплоты позволили сделать вывод о перспективности использования в этих целях вихревого многофункционального аппарата на базе аппарата со встречными закрученными потоками.

Theoretical and experimental research in the field of equipment for the recycling of heat led to the conclusion about the prospects of making use of multi-vortex apparatus based on apparatus with colliding twisted flows.

Анализ тепловых балансов текстильных предприятий показал, что тепловые ВЭР на текстильных предприятиях могут достигать 50 и более

процентов от всей технологической теплоты [1]. Как показывает анализ, в теплотехнологических установках данного типа низкопотенциальная отработанная теплота является основным резервом экономии ТЭР.

Технико-экономические исследования показали, что с точки зрения утилизации теплоты, тепловые ВЭР следует разделить на две группы: ВЭР с

температурой выше 60 -70 о С и ВЭР с температурой до 60-70 ° С. Вторичные тепловые энергетические ресурсы первой группы целесообразно использовать для нагрева технологических теплоносителей в теплообменных аппаратах, либо непосредственно использовать в технологических процессах в зависимости от их состава и наличия загрязнений. Экономический эффект от использования тепловых ВЭР второй группы, имеющих температуру ниже 60 °С, может быть получен с помощью тепловых насосов, повышающих тепловой потенциал теплоносителя до такого уровня, при котором становится возможным его использование в соответствующих теплотехнологических аппаратах. С этой целью для условий текстильного производства разработана и предложена двухуровневая по температуре теплонасосная установка, позволяющая повысить температурный потенциал нагреваемого сушильного агента до 100-110оС [1].

Теоретические и экспериментальные исследования в области создания оборудования для утилизации теплоты ПВС позволили сделать вывод о перспективности использования в этих целях вихревого многофункционального аппарата (ВМФА) на базе аппарата со встречными закрученными потоками (ВЗП). В аппарате ВМФА обеспечиваются высокие скорости потока газа (5-25 м/с) без снижения эффективности улавливания влаги. Одним из основных преимуществ вихревого аппарата является наличие в рабочем объеме аппарата высокоразвитой поверхности теплообмена, включающей в себя капельную, пленочную и пенную поверхности раздела фаз [1]. Высокие относительные скорости движения фаз и высокоразвитые поверхности раздела фаз обеспечили высокую эффективность аппаратов. Коэффициент тепломассообмена аппарата на порядок выше, чем в известных промышленных аппаратах, используемых для тех же целей. Это позволило получить требуемый эффект утилизации теплоты при минимальных габаритных размерах и металлоёмкости. Имевшиеся до настоящего времени смесительные тепломассообменные аппараты имели значительные габаритные размеры, большую металлоёмкость и, следовательно, большую себестоимость. Кроме того, некоторые утилизаторы теплоты ПВС для увеличения интенсивности процессов тепло - и массообмена имели вращающиеся разбрызгивающие устройства, что существенно усложняло конструкцию и обслуживание установки, а также снижало её надёжность.

С целью получения математического описания гидродинамики и тепломассообмена в аппаратах типа ВМФА была разработана физическая модель процессов переноса в таком аппарате, которая основывалась на нижеприведенных допущениях.

На основании принятой модели были получены уравнения интенсивности процессов теплообмена (1) и массообмена (2).

Аг = Агтм/Аг0м = е-, (1)

где Аго.м = г1м -гжн; Агт.м =г2м -гж.к; К арт1аук, где М -объемный коэффициент теплопередачи; Рт — теплопередающая поверхность; УА - объем рабочего пространства аппарата.

А с = АСТ / АС0 = е ~Ру тм сг Уа , (2)

где РУ — объемный коэффициент массопереноса.

С учётом аналогии процессов тепло - и массообмена

Аг Т М АСТ

АТ = АС" или АТ =АС • (3)

ом о

На основании анализа составляющих уравнения (1) получено выражение (4) более удобное для расчёта интенсивности процесса тепломассообмена, поскольку исключает одну из неизвестных величин, а именно,

Г . \

Кту = ^ л *21

г ж л гИ бмг • С г

1 + ку • т уа

Вт +1

V У

• е-кут уА , (4)

где Вт =

' ж ^ РЖ СРГ

Анализ параметров, входящих в уравнение (4), позволил получить критериальную зависимость для расчета процесса тепломассообмена в виде

Кту = А • Яеь • Втсу • К1 • К2. (5)

где Яе - число Рейнольдса; Вту - число тепловых эквивалентов; К1 и

*

К2 - коэффициенты, соответственно учитывающие кратность расхода - К (т.е. соотношения восходящего и нисходящего потоков газа) и отношение расхода жидкостей для нисходящего и восходящего потоков газа.

На основании проведенных исследований были разработаны конструкции опытно - промышленных образцов вихревых многофункциональных аппаратов с регулируемой гидродинамикой для утилизации теплоты и очистки выбросного воздуха от пыли и некоторых газов, предназначенных для различных типовых условий их работы, а также инженерные методы их расчета.

Расчеты показывают, что коэффициент тепломассопередачи в многофункциональных аппаратах на порядок выше чем в обычных скрубберах.

Библиографические ссылки

1. Исследование процессов теплообмена в вихревом смесительном аппарате /Б.С. Сажин, м.П. Тюрин.//Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. №3. 2002.