автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Исследование основных характеристик роторного распылительного пылеуловителя

На правах рукописи

НЕЧАЕВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РОТОРНОГО РАСПЫЛИТЕЛЬНОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ

05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств

1В MAP 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово-2015 005560757

005560757

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» Министерства образования и науки РФ

Научпый руководитель: доктор технических наук, профессор,

Сорокопуд Александр Филиппович

Официальные оппоненты: Петрик Павел Трофимович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева», заведующий кафедрой «Энергорссурсосберегающих процессов в химической и нефтегазовой технологиях»

Максимов Сергей Александрович,

кандидат технических наук,

ООО «Кузнецкая топливная компания»

г. Кемерово, коммерческий директор

Ведущая организация: Бийский технологический институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Бийск

Защита диссертации состоится « 27» марта 2015 года в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47,тел./ факс 8(3842) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.sov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «13» февраля 2015 г.

Ученый секретарь Попова

диссертационного совета Дина Геннадьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На предприятиях пищевой промышленности, при осуществлении многих технологических процессов выделяется большое количество трудно улавливаемой мелкодисперсной пыли, данное явление отрицательно сказывается как на здоровье персонала, так и на окружающей среде в целом. В частности при сушке многих пищевых продуктов потери з атмосферу могут достигать нескольких процентов от производительности сушилки. Поэтому, снижение запыленности сушильных газов способствует улучшению условий труда, увеличению производительности, а также ведет к повышению качества и снижению потерь готового продукта, а следовательно к увеличению прибыли предприятий.

Выбор конструкции пылеуловителя осуществляется с учетом технико-экономических характеристик, физико-химических свойств улавливаемых пы-лей и их дисперсного состава.

Более половины массы пылей, образующихся при производстве пищевых продуктов составляют частицы размером менее Юмкм. Такие частицы неудовлетворительно улавливаются циклонами, которые используют на первой ступени очистки газов, поэтому на второй применяют рукавные фильтры и мокрые пылеуловители. Применение мокрого способа очистки газов в качестве второй ступени является одним из наиболее эффективных, т.к. позволяет улавливать частицы размером 1-5 мкм с эффективностью не менее 95 - 99%.

Роторные распылительные пылеуловители с внутренней циркуляцией рабочей жидкости (РРП) обеспечивают степень очистки газов от частиц пыли размером 1,4 - 5мкм на 98-99% при незначительных удельных энергозатратах и невысокой плотности орошения. Однако, актуальна проблема повышения фракционной эффективности и снижения энергозатрат на осуществление процесса.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» «Совершенствование аппаратурного оформления процессов пищевых производств» (№ гос. регистрации 01201362735).

Степепь разработанности темы исследования. Теоретические и практические основы мокрого пылеулавливания заложены в трудах ученых Буры-кина А.И., Вальдберга А.Ю., Варварова В.В., Дергачева Н.В., Мухленова И.П., Пирумова А.И., Сугака Е.В., Тарата Э.Я., Туболкина А.Ф., Ужова В.Н., Холина Б.Г., Сорокопуда А.Ф., Ямада X., Natanson G.L., Cooper D.W. и др. Однако на сегодняшний день по-прежнему остаются актуальными и перспективными исследования процесса и оборудования мокрого обеспыливания, з том числе и в Кемеровской области; разработка и внедрение оборудования данного типа в пищевую и смежные отрасли позволит снизить потери готового продукта и сырья в атмосферу.

Цель работы заключается в исследовании основных характеристик ро-;- N., торного распылительного пылеуловителя с целью определения области приме- 4- .J

нения и путей его дальнейшего совершенствования.

Задачи исследований:

1. Исследование основных параметров, определяющих гидравлические сопротивления и брызгоунос в РРП, получение экспериментально - статистических моделей;

2. Изучение закономерностей процесса пылеулавливания в РРП, получение экспериментально — статистической модели;

3. Разработка рекомендаций по расчету РРП и определение области его промышленного использования.

Научпая новизна:

1. Установлены закономерности влияния основных параметров на гидравлические сопротивления и брызгоунос, получены экспериментально -статистические модели, описывающие эти характеристики в РРП;

2. Исследованы закономерности процесса пылеочистки в РРП при непрерывном отводе рабочей жидкости, получена экспериментально - статистическая модель, описывающая эффективность пьшеочистки.

Теоретическая и практическая значимость и реализация:

1. Разработаны рекомендации по расчету РРП промышленных размеров и определены области его применения;

2. Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе студентами специальностей 260601.65 «Машины и аппараты пищевых производств» и 260602.65 «Пищевая инженерия малых предприятий» Кемеровского технологического института пищевой промышленности при выполнении выпускных квалификационных работ и учебно - исследовательской работе.

Методология и методы исследования. Работа выполнена с использованием информационного анализа проблемы, известных методов планирования эксперимента и статистической обработки данных, использованы многократно апробированные методы и приборы. Объектом исследования является роторный распылительный пылеуловитель (патент № 229610), предметом исследования - закономерности гидравлических сопротивлений, брызгоуноса и процесса улавливания пыли в роторном распылительном пылеуловителе.

Положения выносимые на защиту:

1. Результаты исследований параметров определяющих верхнюю предельную нагрузку роторного распылительного пылеуловителя по газу;

2. Закономерности процесса улавливания в РРП растворимых и нерастворимых пылей;

3. Эффективность процесса пылеулавливания в роторном распылительном пылеуловителе вплоть до 99,99% обеспечивается при постоянном отводе шлама, что несущественно влияет на физико-химические характеристики рабочей жидкости.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием многократно апробированных методов и метрологическими характеристиками применяемых приборов.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись: на международном научном форуме «Пищевые инновации и биотехнологии»

(г. Кемерово, 2013г.); на международной научно-практической конференции «Теоретические и практические вопросы развития научной мысли в современном мире» (г. Уфа, 2013г.); на X международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (г. Москва, 2013г.); на IV международной научно - практической конференции «European Science and Technolog}'» (г. Мюнхен, Германия, 2013г.); на II международной научно -практической конференции «Science Technology and Higher Education» (г. Вест-вуд, Канада, 2013г.); на международной научно — практической конференции, посвященной 100-летию ВГАУ и 20-летию образования факультета Технологии и товароведения «Производство и переработка сельско - хозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013г.); на международной паучно - практической конференции «European Applied Sciences Wissenschaftlich Zeitschrift» (г. Штудгарт, Германия, 2013г.); на научных семинарах кафедры МАПП КемТИПП (г. Кемерово, 2013-2014 г. г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 9 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация выполнена на 119 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы (155 источников), 11 приложений, содержит 20 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, обоснована научная новизна, практическая значимость и реализация работы.

В первой главе приведен обзор наиболее распространенных конструкций пылеулавливающих аппаратов мокрого типа, используемых в пищевой промышленности, среди которых наиболее перспективными являются аппараты с внутренней циркуляцией и самоорошением рабочей жидкостью. Перспективность использования РРП при улавливании микронных частиц пыли обусловлена незначительным расходом рабочей жидкости и небольшими удельными энергозатратами, при высокой эффективности пылеулавливания и низких гидравлических сопротивлениях.

Выполненный обзор исследований гидродинамики, энергозатрат и процесса пылеулавливания в роторных распылительных аппаратах показал перспективность их использования для создания более эффективного РРП с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведено описание экспериментального стенда, рассмотрены техника эксперимента и методы исследования.

Исследования выполнились на экспериментальной установке, главным элементом которой является РРП (рисунок 1). Все детали РРП изготовлены из нержавеющей стали.

Пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ по патрубку тангенциально вводится в аппарат и в результате возникающей центро-

бежной силы, прижимается к поверхности жидкости, залитой в бункер. Частицы пыли, соприкасаясь с поверхностью жидкости, смачиваются и оседают на дно бункера. Закрученное движение газ сохраняет по всей высоте аппарата, т.к. движется вслед за распыляемой транспортирующим цилиндром жидкостью, захватывается крыльчаткой - сепаратором, а в сепараторе проходит по лабиринтным каналам, образованным отбойными элементами. Газ выходит из сепаратора и прижимается к стенке в верхней части корпуса, и далее выводится по патрубку тангенциально установленному к корпусу.

Рабочая жидкость с помощью насосного устройства непрерывно подается в транспортирующий цилиндр, в верхней части которого расположены в необходимом количестве распиливающие отверстия. При диспергировании жидкости образуется слой струй и капель, достигнув стенок корпуса и пластинок пристенного каплеотбойника, капли ударяются о них, в результате появляются вторичные капли, а на пластинках каплеотбойника и стенке корпуса образуется пленка турбулизированной жидкости, стекающей по корпусу в бункер. Пристенный каплеотбойник (на рисунке 1 не показан) представляет собой набор пластин, вертикально установленных на высоту факела распыла.

Рисунок 1- Роторный распылительный пылеуловитель 1 — вал, 2 - подшипниковая опора, 3 - сепаратор, 4 — крыльчатка - сепаратор, 5 — корпус, 6 - транспортирующий цилиндр, 7, 8, 10 - патрубки для отвода шлама, 9 - гидрозатвор, 11 - бункер, 12 - направляющий цилиндр с сеткой, 13 — патрубок для подвода рабочей жидкости, 14 - насосное устройство, 15 -

орошающее устройство

Пластины изготовлены из нержавеющей стали и установлены под углом 15 - 20 °к касательной, проведенной к окружности транспортирующего цилиндра с шагом, в 2 раза большим их ширины. Очищаемый газ, отразившись от поверхности жидкости, залитой в бункер, контактирует со стекающей по корпусу пленкой, со струями и каплями жидкости, распыленной транспортирующим цилиндром, проходит через зону удара капель жидкости о стенку корпуса и пластинки каплеотбойника. На всем пути газ встречает высокораз-

витую и интенсивно обновляющуюся поверхность жидкости, что обеспечивает высокую степень очистки его от пыл и. Подпитка аппарата свежей жидкостью с учетом компенсации потерь ее на испарение и с выгружаемым шламом осуществляется как непрерывно, так и периодически. Уловленная в сепараторе жидкость сливается вдоль стенок корпуса вниз. Для промывки лабиринтных каналов в сепараторе предусмотрено специальное орошающее устройство. Направляющий цилиндр служит для предотвращения раскручивания жидкости в бункере и улучшения работы насосного устройства.

Расход рабочей жидкости (воды) принимали минимально достаточным для удовлетворительной работы пылеуловителя, так как количество жидкости в бункере не оказывает влияния на эффективность лылеочистки при непрерывном отводе шлама. Было установлено, что расход рабочей жидкости Ьж должен быть в пределах > (0,4-г- 120) ■10~3, м3/м2с, принято Ьш > 1,5 -10"®

м3/с, где Ра — площадь сечения аппарата.

При отборе проб воздуха использовали аналитический аэрозольный фильтр АФА ВП 20-1 (ТУ 95 1892-89) предназначенный для определения весовой концентрации аэрозолей. Этот фильтр позволяет эффективно улавливать аэрозоль разного дисперсного и химического состава. Концентрация пылей задавалась исходя из требований норм ПДК для каждого продукта и составляла 2,5 - 10 мг/м3. Во время проведения эксперимента, параметры тщательно контролировались и поддерживались постоянными. Все серии опытов для уменьшения погрешности, вносимой в результат эксперимента фактором времени, повторялись в разнос время.

В качестве модельных продуктов были приняты - пыль сухого молока, снятого с рукавных фильтров, как хорошо смачиваемая и растворимая; плохо смачиваемая - угольная пыль, для расширения области эксперимента использовали пыль лактозы и сахарную пыль. Выбор пылей обоснован тем фактом, что при сравнительно большом объеме производства сухого молока и лактозы потери продукта в окружающую среду могут достигать больших величин.

Гранулометрический состав исследуемых пылей после дополнительного измельчения товарного продукта представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Гранулометрический состав пылей

Вид пыли Содержание частиц пыли (в % от их общего количества) Среднемедиан-ный размер частиц, (З5П, мкм

<1мкм 2мкм Змкм 4мкм 5мкм бмкм 7 мкм

угольная 65 13 14 3,5 2 -1,5 1,4

сахарная 70 15 И 3 1 - - 1,9

лактоза 96,3 3,5 0,2 - - - - 1,3

Сухое молоко 81 7 6 2,7 2 1 1,3 1,9

Приведены методики измерения физико-химических характеристик рабочей жидкости: вязкость - капиллярным визкозиметром типа ВПЖ - 3 с допустимой погрешностью определения 0,3%; плотность - пикнометрическим методом, погрешность не превышает 0,1 %; поверхностное натяжешш - методом академика Ребиндера, погрешность не превышает 2%. Данные методики

получили наибольшее распространение в экспериментальных исследованиях, так как обладают достаточной точностью при необходимом числе повторных измерений.

Физико-химические характеристики рабочих жидкостей представлены в таблице 2 (плотность, рж, кг/м3\ вязкость, ■103, Па-с\ поверхностное натяжение, аж-1<)\ Н/м.

Таблица 2 - Физико-химические характеристики рабочих жидкостей

Продукт запыления Рж, кг/м3 IVIO3, Па-с сгж-103, Н/м

Уголь 1008 1,34 68,53

Сухое молоко 1028 1,95 64,75

Лактоза 1030 2,0 68,61

Сахар 1007 1,2 73,1

В предварительных исследованиях по определению эффективности пы-леочистки, отмечена высокая воспроизводимость результатов, поэтому число повторений экспериментов ограничивалось двумя, осуществляемыми в разное время. Расхождения между замерами не превышало 0,01%, поэтому для расчета приняты средние значения двух замеров.

Методика определения гидравлических сопротивлений состояла в измерении разности статического давления на входе и выходе из РРП с помощью U-образных водяных манометров с погрешностью 2%. При этом варьировались параметры в следующих пределах: диаметр диспергирующих отверстий d0 = 1,4—-2,5 мм с одинаковым окружным (tOKp) и осевым (toç) шагом t,.c = tmp = 2,5d0, отверстия расположены шестью рядами в шахматном порядке; скорость газа в аппарате — U2 — 1 ...3,8 м/с; частота вращения транспортирующего цилиндра задавалась из условий его устойчивой работы - п = 800... 1000 об/мин, что обеспечивало скорость истечения жидкости из диспергирующих отверстий в пределах иж = 3,14...4 м/с. Эксперименты выполнены на системе воздух -вода при температуре 18±2°С.

Исследование гидравлических сопротивлений РРП проводилось в два этапа. Первый этап: исследование сопротивления неорошаемого РРП (без подачи жидкости, как при неподвижном транспортирующем цилиндре, так и при его вращении). На втором этапе измеряли полное сопротивление орошаемого РРП при различных параметрах. Скорость вращения транспортирующего цилиндра задавалась из условий устойчивой работы РРП и контролировалась при помощи тахометра, типа ТЭ - 45, класс точности 0,5.

При исследовании брызгоуноса был использован сепарационный метод -с помощью выносного инерционного сепаратора. Этот метод достаточно прост, надёжен и широко применяется в экспериментальных исследованиях и па производстве.

Полученные экспериментальные данные обрабатывались в программе Microsoft Office Excel 2007.

Третья глава посвящена исследованию предельной нагрузки РРП по га-

зу. Выполнен анализ гидродинамических характеристик факела распыленной жидкости, приведены результаты исследований брызгоуноса и гидравлических сопротивлений аппарата.

Полное гидравлическое сопротивление орошаемого РРП рассматривалось как:

АР0=АРс+АРф , Па, (1)

где: ЛРс- гидравлическое сопротивление неорошаемого аппарата, Па; АРф - гидравлическое сопротивление слоя капель в факеле распыленной жидкости, Па.

Из данных, представленных на рисунке 2 следует, что вращающийся транспортирующий цилиндр в неорошаемом аппарате создает определенное гидравлическое сопротивление проходу воздуха. Причем с увеличением частоты вращения транспортирующего цилиндра сопротивление снижается. Данное явление можно объяснить вентиляционным эффектом, создаваемым вращающимся транспортирующим цилиндром, крыльчаткой. В целом АРС РРП при п = 900 и 1000 об/мин остается невысоким и незначительно превышает при п = 0 об/мин.

160

140 120 100 80 60 40 20

0

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рисунок 2 - Зависимость гидравлического сопротивления сухого аппарата от скорости газа: 1 - п = 800 об/мин (иж=3,14 м/с); 2 - п = 900 об/мин (11ж=3,53 м/с); 3 - п = 1000 об/мин (иж=3,92м/с); 4 - п = 0 об/мин

Опытные данные удовлетворительно описываются уравнением вида

= Па, (2)

Значения коэффициентов для уравнения (2) приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Таблица коэффициентов

Частота вращения, п, об/мин Свободный коэффициент, А Коэффициент, В Коэффициент корре.тяцииД2

0 23,52 - 24,71 0,88

800 46,01 - 32,73 0,98

900 31,43 -31,82 0,86

1000 29,37 -30,34 0,90

Исследование гидравлического сопротивления орошаемого РРП проводились с различными конструкциями транспортирующих цилиндров.

Из рисунков 3-4 следует, при увеличении скорости вращения распылителя гидравлическое сопротивление орошаемого аппарата dPe увеличивается, что связано с увеличением производительности диспергирующего цилиндра Qv.

Это приводит к увеличению числа диспергируемых капель, и уменьшению свободного пространства в факеле распыла. Математическая обработка 600 данных позволила получить экспериментально - статистическую модель:

850

800

750 700 650 600

550

500

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рисунок 3 - Зависимость полного гидравлического сопротивления от скорости газа в аппарате при запылении

&Ра - 036,6 + 90,4 • иг — 0,4 - иш + 0,15 ¿о-ОД р» + 0,00 р. + 0,4 а

, Па, К2 - 0,99, (3)

Учитывая, что АР^ < ЛРа уравнение (3) можно рекомендовать для расчетной практики в следующих диапазонах: 4ГР = 0^9 ,„ 3,78-ик = ЗД4... 4", ^ = 1,4... 2,5 км = (1,2...2,01) 10-* Па с, ря = 1007 - 1030 кг/м3, <г - (64,75... УЗД) ■ 10^3Н/м.

Анализируя данные представленные на (рисунки 2 - 4) и уравнения (1 -3) можно сделать вывод, что дальнейшее совершенствование РРП целесообразно за счет снижения гидравлического сопротивления. Потери напора на сухом и орошаемом аппарате, определяются главным образом, скоростью прохождения

Рисунок 4 - Зависимость полного гидравлического сопротивления от скорости газа в орошаемом аппарате (вода)

газа. Поэтому, дальнейшее снижение величины АРа возможно либо путем увеличения вентиляционного эффекта (Д/^) за счет подбора рационального взаимного расположения распыливающих отверстий, либо за счет снижения йРс путем улучшения аэродинамических характеристик РРП.

Важным фактором, определяющим верхнюю предельную нагрузку по газу в аппаратах «мокрого» типа, является величина брызгоуноса.

Предварительные испытания показали, что только при частоте вращения транспортирующего цилиндра не менее 800 об/мин рабочая жидкость из бункера достигает диспергирующих отверстий и обеспечивается устойчивая поверхность межфазного контакта. Максимальная частота вращения принята из условий устойчивой работы РРП и равна п = 1000 об/мин.

Из данных, представленных на рисунке 5 следует, что при увеличении скорости жидкости (при увеличении частоты вращения транспортирующего цилиндра) брызгоунос возрастает. Это объясняется более интенсивным взаимодействием капель факела с пленкой на поверхности пластин пристенного ка-плеотбойника и возрастанием производительности диспергирующих отверстий. Оба обстоятельства приводят к увеличению количества мелкодисперсных капель подверженных уносу потоком газа.

0,028 0,026 0,024 0,022 0,02 0,018 0,016 0,014 0,012

1п(е),кг/кг I 1 - иж= 3,14м/с, 2 - 1)ж= 3,53м/с, 3-иж= 3,93м/с

3

------ 2_ -------

. . и 1 ln(Ur)f ivi/c

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рисунок 5 - Зависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате (do= 1,4 мм; вода)

Данные на рисунке 6 показывают, что при улавливании угольной пыли брызгоунос минимальный, поскольку она не растворима в воде, а изменение физико-химических характеристик воды ведет к снижению брызгоуноса за счет увеличения плотности и вязкости. Во всем исследованном диапазоне относительный брызгоунос не превышает 0,05 кг/кг.

Обработка экспериментальных данных позволила получить экспериментально - статистическую модель:

<% = 0,2451 ■ 10" ■ d™* ■ ö£*° ■ ■ /С**1 ■ - кг/кг;

R2 = 0,94, (4)

Уравнение (4) можно рекомендовать для расчетной практики в диапазонах Ur = 0,59...3,78", иш = 3,14... 4", d» = 1,4...2,5мм,

ji. = (1,2 „. 2,01) ■ Ю-3 Па с, ру = 1007-1030 кг/м3, <г = (64,75... 73,1) ■ Ю-'Н/м.

Сопоставляя данные полученные в настоящей работе с выполненными ранее, где исследован другой каплеотбойник (пат. РФ № 2342968) при больших скоростях жидкости можно сделать выводы: в исследованном аппарате скорость газа может быть увеличена, а применение нового каплеотбойника, позволит снизить брызгоунос.

Полученные данные позволяют рекомендовать низкие частоты вращения транспортирующего цилиндра (п=800 и 900 об/мин) с точки зрения снижения брызгоуноса и повышения эксплуатационной надежности аппарата.

При выборе верхней предельной нагрузки по газу следует учитывать, что подводимая энергия в основном расходуется на преодоление сопротивления аппарата, так как затраты энергии на вращение транспортирующего цилиндра незначительны. Поэтому величина гидравлического сопротивления РРП не должна превышать сопротивления аналогичных аппаратов.

Рисунок 6 - Зависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате при

залылении: ^ = (1,2... 2,01) • 10~3 Па-с, д, = 1007 - 1030 кг/м3, а = (fi4,7S 73,1) ■ 10~*Н/м

С точки зрения величины брызгоуноса, как одного из параметров, определяющих верхнюю предельную нагрузку РРП по газу, исследованная конструкция обеспечивает широкий диапазон нагрузок по газу. При п = 800 и 1000 об/мин скорость газа 3,78 м/с не является предельной и может быть существенно увеличена. Это свидетельствует о перспективности исследуемой конструкции.

Анализируя данные (рисунки 4-5) и уравнение (4), можно сделать вывод, что дальнейшее совершенствование конструкции аппарата возможно за счет снижения величины брызгоуноса е и снижения энергозатрат на преодоление гидравлического сопротивления орошаемого РРП АРа.

Четвертая глава посвящена исследованию эффективности пылеулавливания.

Были рассмотрены основные механизмы осаждения частиц пыли в РРП.

По механизмам пылеулавливания в РРП можно выделить следующие

зоны:

1. В коническом бункере преобладает центробежное осаждение твердых частиц, а также механизм зацепления частиц друг с другом;

2. Вдоль гранспортирующего цилиндра преобладает инерционное пылеосаждение;

3. На стенках корпуса РРП преобладает инерционное осаждение взвешенных частиц на пленке жидкости, которая образуется при достижении капель и струй корпуса РРП.

На рисунке 7 представлена зависимость эффективности пылеулавливания от скорости газа в аппарате при различных диаметрах диспергирующих отверстий в цилиндре.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить частные выражения для определения эффективности пылеулавливания в РРП для всех модельных пылей (представлены в диссертации).

100 99,39 99,98 99,97 99,96 99,95 99.94 99,93 99,92 99,9Í 99,9

Рисунок 7 - Зависимость эффективности пылеулавливания от скорости газа в аппарате: 1 - ♦ - угольная пыль, с]0 = 1,4мм; 2 - » — сахар, (10= 1,7мм; 3 - А - лактоза, (1о= 2,2мм; 4 ■ — сухое молоко, с!о = 2,5мм

Обработка около 300 результатов экспериментальных исследований позволила получить экспериментально — статистическую модель эффективности пылеулавливания для всех использованных пылей

= 108,1 +- 0,4-¿о + 0.17- ия+ 0.09-+ 0.4 ■ Цг - 0.08 ■ ■ ик + 0.08«^ • С^ - 0.01■ 4 ■ иг - 0.04■ иш ■ С^ - 0.065 • 1/Е ■ ¡Уг - 0.01 ■ С* ■ ^

Я2 =0,94 , (5)

Уравнение (5) можно рекомендовать для расчетной практики в следующих диапазонах: 11г = 0,59 3,78-, 11ш = 3,14... 4—, с^ = 1,4 .„2,5мм.

йж - (%2... 2,01) -10"3 Па с, д, = 1007-1030 кг/м3, <у- (64,75 ...73Д)10-3Н/м, ¿¡0 > 1,3 мкм

При исследовании пылеочистки было установлено, что во всем диапазоне варьирования параметров на всех модельных пылях эффективность составляла не менее 99,9%.

Согласно полученным данным, дальнейшее совершенствование РРП целесообразно с целью повышения фракционной эффективности.

В результате математической обработки опытных данных было установлено, что инерционный механизм осаждения на каплях оказывает решающее влияние на общую эффективность пылеулавливания в РРП.

Пятая глава посвящена разработке рекомендаций по расчету и промышленному применению РРП.

Рекомендации по расчету РРП:

1. при выборе скорости газа в аппарате, её необходимо согласовывать с гидравлическим сопротивлением и величиной относительного брызгоуноса;

2. диаметр РРП должен обеспечивать рекомендованный диапазон по удельной плотности орошения > 30- Ю-5, м3/м2с;

3. при выборе диаметра транспортирующего цилиндра следует учитывать условие обеспечения необходимым запасом кинетической энергии летящих капель;

4. скорость истечения жидкости из отверстий диспергирующего цилиндра должна быть согласована с требуемым размером капель;

5. частота вращения ротора должна обеспечивать устойчивость работы РРП;

6. число рядов дисперг ирующих отверстий принимать равным 6, а минимальное значение осевого и окружного шага рекомендуется выбирать из условия обеспечения максимальной пропускной способности перфорированного цилиндра ^ = С.жр = 2,5 ■ с^ мм; располагать отверстия по поверхности диспергирующего цилиндра в шахматном порядке;

7. для устойчивой работы транспортирующего цилиндра рекомендуется принимать производительность заборного устройства на (10 -г-15) % больше производительности транспортирующего цилиндра.

Отмечены преимущества РРП перед аппаратами аналогичного принципа действ?« по основным технико-экономическим показателям. Разработано техническое предложение по использованию РРП диаметром 1,6 м для второй ступени очистки сушильных газов от пыли сухого молока на молочном заводе ООО «ЛУАНКОС и К» г. Куйбышев Новосибирская область, а также приведен расчет экономической эффективности использования РРП в качестве единственной ступени очистки на этом же заводе. Оснащение типовой сушилки РС -500 исследуемым пылеуловителем на второй ступени пылеочистки позволит снизить потери уносимого с отработанным воздухом продукта с 4% до 0,01%.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены основные закономерности гидравлических сопротивлений сухого и орошаемого РРП от основных параметров. Получены экспериментально - статистические модели пригодные для инженерной практики.

2. Установлены закономерности относительного брызгоуноса в РРП от основных технологических, геометрических и физико - химических параметров. Получена обобщенная экспериментально - статистическая модель, пригодная для расчетной практики.

3. Исследованы общие закономерности пылеочистки в РРП, показано, что основным механизмом пылеулавливания является инерционный, установлены условия работы, обеспечивающие улавливание на 99,9% частиц пылей с разме-

ром dg о > 1,3мкм. Предложена экспериментально - статистическая модель для определения эффективности пылеочистки.

4. Разработаны рекомендации по расчету пылеуловителей промышленных размеров, рассмотрены варианты использования PPII для очистки сушильных газов от пыли сухого молока.

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Нечаева, Е.С. Исследование дисперсного состава пыли и факела распыла в роторном распылительном пылеуловителе/ Е.С. Нечаева, Д.М. Попов // Техника и технология пищевых производств. - 2013. —№ 2. - С. 93 - 96.

2. Нечаева, Е.С. Роторный распылительный пылеуловитель / Е.С. Нечаева // «Вестник» Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2013. - Вып. 4. - С. 35 - 41.

3. Сорокопуд, А.Ф. Брызгоунос в роторном газопромывателе / А.Ф. Сороко-пуд, Е.С. Нечаева // Электронный журнал «Современные проблемы науки и образования». — 2014. — Вып. 2. - С. 8 — 16. - №1. - Режим доступа: http://www.science - education.ru/116 - г12603.

Статьи в сборниках международных научно-практических конференциях и международных научных форумах

4. Нечаева, Е.С. Совершенствование очистки сушильных газов в производстве сухого молока / Е.С. Нечаева, Д.М. Попов // Теоретические и практические вопросы развития научной мысли в современном мире: сб. научн. работ. -Уфа, 2013.-С. 207-211.

5. Сорокопуд, А.Ф. Research of hydraulic résistance of rotor spray-type of the dust collector/ А.Ф. Сорокопуд, Е.С. Нечаева// II международная научно -практическая конференция «Science Technology and Higher Education»: сб. научн. работ. — Вествуд, Канада, 2013. - С. 245 - 250.

6. Сорокопуд, А.Ф. Пылеулавливание в роторном распылительном пылеуловителе/ А.Ф. Сорокопуд, Е.С. Нечаева // X международная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы технических наук»: сб. научн. работ. — Москва, 2013. — С. 96 — 102.

7. Нечаева, Е.С. Ablation of drops of liquid in rotor raspyliteln dust collector/ Е.С. Нечаева, Д.М. Попов // Международная научно - практическая конференция «European Applied Sciences Wissenschaftlich Zeitschrift»: сб. научн. работ. -Штудгарт, Германия, 2013. — С. 30 - 34.

8. Нечаева, Е.С. Совершенствование процесса пылеочистки в пищевой промышленности/ Е.С. Нечаева, Д.М. Попов II Международный научный форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые инновации и биотехнологии»: сб. научн. работ. - Кемерово, 2013. - С. 767 — 772.

9. Нечаева, Е.С. Снижение брызгоуноса в роторном распыли-тельном пылеуловителе / Е.С. Нечаева, Д.М. Попов // Международная научно - практическая конференция, посвященной 100-летию ВГАУ и 20-летию образования факультета Технологии и товароведения «Производство и переработка сельско -хозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности»: сб. научн. работ. - Воронеж, 2013.-С. 4-8.

Подписано в печать 17.02.2015. Формат 60x86/16. Тираж 70 экз. Объем 1 пл. Заказ №153 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47.

Отпечатано в рекламно-полиграфической компании «Радуга» 650004, г. Кемерово, ул. Соборная, 6