автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Сепарация мелкодисперсных аэрозольных частиц и капель с использованием инерционно-турбулентных и центробежных эффектов осаждения

РГЬ од

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН | 5 Д[]р ЭД03

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АБУ РЛЙХАНА Ы*РУНИ

На правах рукописи

УДК 66.913:0.15.23

РАХМОНОВ Тойнр ЗоГшрович

СЕПАРАЦИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ

ЧАСТИЦ II КАПЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНЕРЦИОННО-ТУРБУЛЕНТНЫХ И ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЭФФЕКТОВ ОСАЖДЕНИЯ

Специальность 05.17.08 - «Процессы и аппараты химической технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскзпге ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ -20(10

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Ташкентского государственного технического университета имели Абу Райхана Беруни (Чирчикский инженерно-технический центр).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЛЕВШ Вадим Нннолитовнч

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

МУХИДДИИОО Ди;алалнддин Наеыровнч

кандидат технических наук, доцент ТУРАПИНА Инна Николаевна

Ведущее предприятие: УзНИИХИМИРОЕКТ

Зашита состоится « // » ?ООО года в « ' >^ »

часов на заседании Специализированного совета Д067.07.01 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по адресу: 700095, Ташкент, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, главный корпус, ауд. 602.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТашГТУ по адресу: ул. Университетская, 2.

Автореферат разослан « »

2000 года.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

А АА/ КЛ14-4 'Г)

Р.К. АЗШЮ1!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рациональное использование сырья и энергоресурсов, экологические аспекты охраны атмосферного воздуха от вредного воздействия аэрозольных выбросов промышленных предприятий являются проблемами первостепенной важности. Для решения этих вопросов применяется широкий класс аппаратов мокрой пылеочистки, использующих различные механизмы сепарации. Наиболее распространенными из них являются инерционный и центробежный. Во всех случаях гидродинамическая обстановка в аппарате должна быть организована с максимальной эффективностью и при минимальных энергозатратах. При этом наложение внешних воздействий (таких, как паро-коагуляционное укрупнение частиц, изменение поверхностного натяжения) может оказывать заметное влияние на эффективность осаждения аэрозолей. Литературные сведения о характере подобного влияния немногочисленны и противоречивы.

К группе эффективных пылеулавливающих устройств мокрого типа относятся пылеулавливающие аппараты с подвижной насадкой. Если следовать общим принципам энергетической теории пылеулавливания, то такие системы требуют разработки теоретических модельных обоснований, позволяющих провести анализ процесса путем компьютерных экспериментов.

Для высокоскоростных прямоточных газожидкостных систем необходима эффективная сепарация жидкости от газа. Процесс газожидкостной сепарации требует теоретического обоснования и эффективного аппаратурного воплощения.

В этой связи обоснование концептуальных предпосылок математического моделирования процессов сепарации, расчет и исследование технологических взаимосвязей параметров, позволяющих обеспечить эффективную и экономную сепарацию, а также обоснование рациональных конструктивных решений и рекомендаций отличаются особой актуальностью.

Работа выполнена в соответствии с координационным планом Минвуза Республики Узбекистан и включена в сводный план НИР (1993 1995 гг) ТашГТУ (№ Гос. регистрации - 01.94.0002730).

Объекты исследования: процессы сепарации газожидкостного потока в сепараторе с осевым завихрителем и улавливания мелкодисперсных частиц в аппаратах с интенсивным турбулизированным слоем.

Цель работы. Проведение теоретического и экспериментального исследования гидродинамики и явлений сепарации аэрозольных частиц в турбулентно-инерционных системах высокоскоростных прямоточных аппаратов с витающей насадкой, процессов, протекающих в сепарирующем устройстве с осевым завихрителем и оценка влияния различных внешних воздействий на эффективность улавливания аэрозолей, а также внедрение эффективных пылеулавливающих аппаратов и газожидкостных сепараторов являются целью данного исследования.

Методы исследования. В исследованиях использованы методы и практические приемы математического моделирования и статистической обработки экспериментальных данных. Остаточный каплеунос определяли весовым методом, осаждая капли на фильтровальной подложке. Запыленность газового потока определяли методом внешней фильтрации на фильтрах АФА-20, дисперсный состав частиц - методом внутренней фильтрации с помощью каскадного импактора НИИОГаза.

Научная новизна. Исходя из закономерностей движения закрученного несущего газового потока, выявлены закономерности движения частиц дисперсной фазы в сепарирующем устройстве и обоснован алгоритм расчета траектории частиц.

Получены решения уравнений перемещения аэрозольных частиц в межкапельном пространстве газожидкостной системы при оценке влияния турбулентных пульсаций.

Проанализирована эффективность осаждения совокупности аэрозольных частиц с различными физическими свойствами и при варьировании гидродинамических параметров исследуемого процесса.

Обоснован алгоритм расчета процесса улавливания субмикронных аэрозолей в пылеулавливающем аппарате с витающей насадкой.

Получены эмпирические уравнения для оценки абсолютного капле-уноса, гидравлического сопротивления и эффективности осаждения в зависимости от технологических параметров процесса.

Изучено влияние паро-коагуляционного эффекта укрупнения частиц и добавки поверхностно - активных веществ в орошающую жидкость в системах с турбулизированным газожидкостным слоем.

Практическая ценность. Обоснована инженерная методика расчета конструктивных размеров газожидкостного сепаратора с осевым завихрителем. Разработан эффективный сепаратор с осевым завихрителем и цилиндрическими вставками (заявка №11-ЮР 99 00 313.1).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований положены в основу конструктивного воплощения пылеулавливающего аппарата для очистки субмикронных аэрозолей.

Реализация результатов работы. По результатам опытно-промышленных испытаний разработки диссертации внедрены на заводах

УзКТЖМ, Чирчиксельмаш и "Сантехлит" (г. Ахангаран) с экономическим эффектом на первый расчетный год внедрения 18712,6 тысяч сум.

Разработанный сепаратор для разделения фаз при первичной обработке газа принят к внедрению на предприятии "Мубарекгаз".

На защиту выносятся. Математические модели: перемещения капель в закрученном газожидкостном потоке в сепараторах с осевым за-вихрителем; перемещения аэрозольных частиц в межкапельном пространстве турбулизированной газожидкостной системы.

Методика экспериментальных исследований и алгоритм расчета гидродинамических параметров и определения эффективности сепарации частиц в прямоточных турбулизированных системах и капель в поле центробежных сил закрученного газожидкостного потока.

Результаты экспериментальных исследований гидродинамики и задержки субмикронных аэрозолей в высокоскоростных прямоточных системах с витающей насадкой и обоснование эффективности сепарации капель в аппаратах с осевым завихрителем.

Алгоритм расчета пылеулавливающих аппаратов и сепарационных устройств.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и получили одобрение на Международной практической конференции «Проблемные вопросы механики и машиностроения» (г. Ташкент, 1993г); научно - теоретических и практических ¿сон-ференциях ТашГТУ (г. Ташкент, 1994г); научно - теоретической и технической конференции, посвященной 60 - летию города Чирчика (г. Чирчик, 1995г), Международной научно - теоретической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления» (г. Ташкент, 1999г).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 статей и научных журналах и сборниках научных трудов и 4 тезиса научных докладов.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литературы из 200 наименований и приложений. Работа изложена на 133 стр. основного текста, 16 стр. библиографии, 58 стр. приложения и проиллюстрирована 67 рисунками и 4 таблицами.

Научный консультант член-корреспондент АН РУз, доктор технических наук, профессор Юсупбеков Н.Р.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приводятся результаты анализа физико - химических свойств промышленных аэрозолей, предопределяющих выбор механизма и аппаратуры для улавливания частиц. Анализируются существующие способы и аппаратура для пылеулавливания. Из аппаратов сухой очистки используются рукавные, патронные фильтры и электрофильтры, из аппаратов мокрой очистки - скрубберы Вентури. Отмечается, что получили широкое распространение аппараты с подвижной насадкой, в которых, помимо инерционного эффекта, действует механизм турбулентного импульса, возникающий в сильно турбулизирован-ных системах. Во всех аппаратах прямоточного типа имеет место полный вынос орошающей жидкости, что требует применения эффективных газожидкостных сепараторов, составляющих единую конструкцию с пылеуловителем.

Из литературных источников следует, что один из методов повышения эффективности улавливания субмикронных частиц - использование способов коагуляции, в том числе укрупнение частиц путем ввода водяного пара в воздуховод. Другой метод интенсификации - добавление в орошающую жидкость поверхностно - активных веществ. Однако сведения об эффективности использования указанных методов в сочетании с прямоточными турбулизированными системами в литературе отсутствуют.

Во второй главе выполнен анализ уравнений движения закрученных потоков.

Уравнение баланса сил, действующих на каплю в потоке жидкости, имеет следующий вид:

(1)

дл ] 2 ах ат

где и", и' - скорости капли и среды, м/с; £2 - поперечное сечение капли, м2; § - коэффициент сопротивления; ¡;м - коэффициент присоединенной массы; у - коэффициент реактивности.

Система уравнений движения частиц в закрученном потоке в цилиндрических координатах г и 1 может быть записана:

где р = \%и1сС'{рж - рСр) - параметр инерционности; U0 и Uz - тангенциальная и осевая составляющие полной скорости потока, м/с; g - ускорение силы тяжести, м/с2; /• - радиус частиц, м.

После некоторых преобразований система (2) приводится к виду, позволяющему определять траектории капель жидкости в закрученных потоках:

Z =

, /tl'-lk-

г В

+ -ТР

(3)

в_

р- р- р-

По математической модели выполнен расчет траектории капель жидкости по сечениям сепаратора, определены поля скопления жидкости и разработан сепаратор с осевым завихрителем и цилиндрическими вставками-коагуляторами.

Проведены эксперименты, направленные на определение плотности распределения жидкости в газожидкостном потоке в свободном сечении

сепаратора с осевым завихрите-

Раялтаниеот стенки X

О

50

100

150

200

Верлкальное расстояние от завнхригеля, Z, мм.

Рис. 1. Каллесояериание в разпииных сечетих сегарзгора. Скорость газа D=Z5 мс, удельное орошгние L=0,M ki/m'.

лем. Использовалась установка, состоящая из камеры смешения с прямоточным движением фаз и встроенного сепаратора с осевым завихрителем. Опытная установка снабжена приборами для определения расхода газового и жидкостного потоков, температур, остаточного каплесодержания воздуха на выходе из сепаратора, а также устройством для определения поля распределения капель по объему аппарата. Принцип действия прибора основан на наличии электропроводности у воды и отсутствии ее у воздуха. Датчик перемещается по сечению и высоте сепаратора.

Изучено содержание жидкости в различных сечениях по всей высоте сепаратора. Опыты проводили при скоростях в свободном сечении сепаратора 2-^3 м/с. Нагрузки по жидкости варьировали в диапазоне 0,24-И,04 кг/м3 газа.

Определено изменение содержания жидкости по высоте ап-

парата на расстояниях от стенки 5 мм, 25 мм, 65 мм, 150 мм, 175 мм и 250 мм. Полученные кривые характеризуются наличием пиков, соответствующих минимальному и максимальному содержанию жидкости по точкам сечения сепаратора.

На рнс.1 показано распределение капель жидкости в сечениях сепаратора при скорости газа 2,5 м/с и удельном орошении 0,64 кг/м3. Максимальное содержание жидкости составляет 45% от общего количества газожидкостного потока на вертикальном расстоянии 100 мм от за-вихритсля. С увеличением высоты содержание жидкости уменьшается. Так, на расстоянии 150 мм каплесодержание достигает 10%. Это свидетельствует о том, что основная масса жидкости (размером 0,5н-2 мм) осаждается на высоте сепаратора 180+206 мм, выше наблюдаются капли размером 0,5+0,3 мм. Капли меньших размеров выносятся из сепаратора.

Установлено, что увеличение плотности орошения приводит к росту доли жидкости в газожидкостном слое, а с увеличением скорости жидкостной слой наблюдается на больших расстояниях от завихрите-ля. Следовательно, для уменьшения брызгоуноса при высоких скоростях требуется увеличить высо-2 g ту сепаратора или установить в нем дополнительные элементы.

Предложена конструкция сепаратора с установленными внутри него аксиальными цилиндрическими коагуляторами.

Проведены исследования, направленные на оценку эффективности сепараторов без вставок, с

* "с '5 5

Я ГЭ

с

о

45 40 35 20 25 20 15 10 5

1,9

2.1 2,3 2,5 2,7 Скорость газового потока U, м/с.

Рис. 2. Зависимость абсолютного каплеуноса от скорости газового потока в сепараторе с двумя вставками.

Удельное орошение Ц кг/м3. —1=0,24 9ксп); 1=0,44 (Эксп); |_=0.64 (Эксп); « 1=0,84 (Эксп); —1=1,04 (Эксп); --—1=0,24 (Расч); —1_=0,44 (Расу); —1=0,64 (Расч); - 1=0,84 (Расч); ••-1=1,04 (Расч).

одной и двумя вставками.

Установлено, что увеличение скорости в свободном сечении аппарата приводит к росту каплеуноса. В сепараторе без вставок при скорости газа и=2,85 м/с и удельном орошении Ь=Т,04 кг/м3 абсолютный кап-леунос, иа6с. составляет 113 мг/м3. После установки в аппарате одной цилиндрической вставки во всех режимах абсолютный каплеунос

уменьшался почти в два раза. Наибольшее каплесодержакие соответствует максимальным значениям рабочих параметров. В сепараторе с одной вставкой оно составляет не более 60мг/м3.

Результаты опытов (рис.2), проведенных в сепараторе с двумя вставками-коагуляторами показывают, что при максимальной скорости газожидкостного потока наибольшее каплесодержание отходящего воздуха не превышает 40 мг/м3.

В процессе исследований находили оптимальные геометрические размеры аппарата, выявляли рациональное расположение вставок над завихрителем. Экспериментальные результаты, полученные с нагрузками по жидкости, соответствующей максимальному брызгоуносу массо-обменных аппаратов, работающих в противоточном режиме, показывают, что в пределах рабочих параметров, разработанный сепаратор с двумя вставками вполне соответствует предъявляемым требованиям. Так, при удельном орошении 0,16 кг/м3 и скорости в свободном сечении сепаратора 2,85 м/с, значение абсолютного каплеуноса не превышает 7,5 мг/м3. Полученное для аппарата без вставок эмпирическое уравнение с коэффициентом корреляции К=0,970 имеет вид:

иабс=0,7¡бЦ4 8'2-Ь1'021. (4)

где и„ос - абсолютный каплеунос, мг/м3; V - скорость газа, м/с; £ - удельное орошение, кг/м3.

В сепараторе унос жидкости зависит от скорости газа. Возможно разделение газожидкостного потока в пределах допустимого значения каплеуноса (50 мг/м3) при скоростях до 2,5 м/с.

Полученная для сепаратора с одной цилиндрической вставкой эмпирическая зависимость уноса жидкости от рабочих параметров с коэффициентом К=0,967 имеет следующий вид:

и^з.ззи2-7-'7^'-19. / (5)

Выражение (5) свидетельствует о сниженном влиянии скорости газа и повышенном - удельного орошения на каплеунос.

Зависимость абсолютного каплеуноса от рабочих параметров для сепаратора с двумя вставками можно отразить эмпирическим уравнением с коэффициентом корреляции К=0,938 в следующем виде:

иабс = 7,6/иизб^°-75\. (6)

Эмпирическое уравнение, описывающие зависимость каплеуноса от скорости потока при малых значениях (0,05-^0,16 кг/м3) удельного орошения в сепараторе с двумя вставками с коэффициентом корреляции К=0,964, имеет вид:

иаб^24,0би" "97-^Ш. (7)

Определены гидравлические сопротивления сепараторов трех модификаций. Установлена общая тенденция роста энергетических потерь с увеличением рабочих параметров

«

Наибольшие значения гидравлического сопротивления, соответствующие максимальной скорости (и=2,85 м/с), составили: для сепаратора с осевым завихрителем - ДР=610 Па; для сепаратора с одной вставкой ДР=640 Па; для сепаратора с двумя вставками - ДР=660 Па. Как видно, сопротивление дополнительных вставок не превышает 20ч-50 Па.

Полное гидравлическое сопротивление сепаратора равно:

АР=ЛРсу^ЛРж. (8)

Гидравлическое сопротивление «сухого» сепаратора:

= (9)

где ^с ~ коэффициент сопротивления аппарата.

Опытным путем установлено: для сепаратора без вставок ¡;с = 60,9; для аппарата с одной вставкой §с=64,8; для сепаратора с двумя вставками £с= 72,1.

Гидравлическое сопротивление жидкостного слоя АРЖ можно определить как:

А(Ю)

где 5 - площадь поперечного сечения аппарата, м2; йж - масса жидкости, задержанная в аппарате, кг.

В работе приведен алгоритм расчета сепаратора. Для определения основных конструктивных размеров аппарата с осевым завихрителем и цилиндрическими вставками предложены формулы по определению высоты и диаметра обечайки завихрителя, центрального угла лопаток и др. геометрических размеров.

В третьей главе выполнен анализ механизма осаждения субмикронных частиц на капли и предложена математическая модель процесса обеспыливания в аппарате ВН.

При этом приняты допущения: частицы распределены равномерно в объеме, соответствующем межкапельному расстоянию; частицы изменяют траекторию движения под действием турбулентных пульсаций, которые приняты моногармоническими; частицы, сходящие с траектории капель и достигающие ее поверхности, являются осажденными и внедренными в каплю; интенсивность турбулентных пульсаций и осаждающего турбулентного импульса изменяется под влиянием турбулизи-рующих энергозатрат.

В соответствии с этим дифференциальные уравнения движения частиц можно записать в следующем виде:

где (/,.„, 1!,у, - амплитуды продольного и поперечного турбулентного импульса; со - частота импульсов.

-1I-

Продольные их и поперечные Цу составляющие скорости определяются по уравнениям:

и, = и,

2{Я){ Я1

2 \ я; я-

Аналитическое решение системы (11) имеет вид:

(12)

X = Г„ + и т -

и,, со/} , .

У = Уп + иут - + <р„)

(13)

где х0, уо - начальные координаты частиц, м: г - время релаксации частиц, с.

Система (13) позволяет рассчитать траектории частиц в несущем потоке с заданными параметрами гидродинамики.

Проведен компьютерный эксперимент по исследованию траектории частиц с медианными размерами 0,5 -н 2 мкм. Скорость газожидкостного потока варьировали в диапазоне от 10 м/с до 20 м/с, а плотность орошения - в пределах 0,00278

5 е

§ 1

§ I

5 га

5 и

ш §

■8- га

О 5.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -

0 0,5 1 1,5 2

Диаметр частиц, мкм.

Рис.3. Зависимость эффективности улавливания субмикронных частиц от фракционного состава.

Скорость газа II, м/с. —и=10; -в-и=12; 11=14; -*-11-16; -*-11=18; ~*-11=20.

0.0178 м/с. Определена зависимость эффективности процесса пылеулавливания от скорости газового потока и плотности орошения для частиц 0,5 н- 2 мкм. Выявлена фракционная эффективность процесса пылеулавливаниа при заданных значениях скорости и расчетных зш.-15 чениях плотности орошения.

Зависимость (рис.3) подтверждает, что для эффективного улавливания частиц субмикронного размера необходимо увеличить скорость до 18 ч-

20 м/с. При этих скоростях частицы размером 1 т 2 мкм улавливаются в пределах 98%, частицы от 1 мкм до 0,5 мкм - более 90%, частицы от 0,5 мкм до 0,3 мкм - более 80%. Дальнейшее уменьшение размеров частиц приводит к резкому снижению эффективности процесса.

Проведены исследования на пилотных и промышленных установках. В процессе исследования проводились замеры по определению расхода жидкости и газа, запыленности газового потока и дисперсного состава пыли. Расход газа измерялся с помощью турбинного счетчика ТУРГАС - 3, расход жидкости определялся по показаниям ротаметров. Для определения запыленности использовали метод внешней фильтрации на фильтрах АФА. Дисперсный состав аэрозолей определен с помощью семиступенчатого импактора НИИОГАЗа.

100

СП

ш ^

с

ш га С

X ш

Ё ф

■ее-т

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

8

10

18

, 12 14 16 Скорость газа, и, м^с.

Рис.4. Зависимость эффективности улавливания различных мелкодисперсных аэрозолей от скорости газа. Плотность орошэния 1=40 м3/(А.

Для проведения экспериментов собрана пилотная установка, состоящая из пылеулавливающего аппарата ВН, сепаратора, установленного над рабочей частью аппарата, газоходов, печи генерации аэрозолей и га-зодувки, работающей на разряжение.

Опыты проведены на аэрозолях, по-20 лученных при сжигании сухих древесных листьев, резины, а также на сварочных аэрозолях. Фракционный состав исследуемых аэрозолей показывает, что

-♦—Для аэрозоля, полученного при резке металла -в—Для аэрозоля, получежого при сгорании резины.

Для аэрозоля, полученного при сгорании древесных листьев, во всех пробах доля

субмикронных частиц (менее 1 мкм) превышает 50%.

Изучение эффективности очистки субмикронных частиц в аппарате с витающей насадкой (рис. 4) проводилось в широком диапазоне варьирования скоростей газового потока и расхода жидкости. Как видно из графика, при скоростях 10-^15 м/с эффективность очистки растет медленно и при скорости 15 м/с и плотности орошения 30 м3/м?ч достигает

55 -н 60%. Увеличение скорости от 15 м/с до 18 м/с сопровождается резким повышением эффективности процесса улавливания мелкодисперсных аэрозолей (90 -н 95%).

С целью определения необходимой массы насадочного элемента проведен цикл испытаний при различных нагрузках по газу и жидкости. Определены вес и размеры элементов насадки для осуществления процесса улавливания субмикронных частиц с оптимальными параметрами. Для определения массы насадочного элемента предложено уравнение:

с = ---£2—, (14)

£

где Кж - коэффициент сопротивления жидкой фазы; Ь - плотность орошения. м3/м2 ч; иср - средняя скорость газожидкостного потока, м/с; 1 -коэффициент скольжения; Б - площадь парусности насадки, м2.

Предложен программно реализованный алгоритм расчета эффективности осаждения частиц, состоящий в определении параметров процесса: числа частиц в межкапельном объеме; расположения их по сетке в соответствующих координатах и определения их и и,- частиц по уравнению (12). Далее из уравнений (13) определяются конечные координаты частиц. Если последние сходятся с координатами капли, то она считается осажденной и рассматривается следующая. Зная число осажденных частиц из общего числа частиц, эффективность осаждения определяют как:

4 = (15)

/7,

где пср - число осажденных частиц; пг - общее число частиц в межкапельном объеме.

В четвертой главе приведены результаты исследований по выявлению влияния на эффективность улавливания субмикронных частиц внешних факторов.

Исследования проведены на лабораторных и промышленных установках. Объектом наблюдения выбран аэрозоль, выделяющийся при сжигании сухих древесных листьев и содержащий 46,4% частиц размером менее 0,8мкм и 59% частиц - менее 1,2 мкм. Опыты проводились при скорости газа в рабочей зоне аппарата 10 15 м/с и плотности орошения 10 35 м3/м2ч. Определены оптимальные технологические параметры процесса. Так, при скорости 15 м/с и плотности орошения 35 м3/м2ч - степень очистки достигала 80 + 82%. При этих параметрах конденсационное укрупнение частиц с вводом пара в газоход в количестве 25 г/м3 повысило эффективность очистки до 95 96%.

Экспериментальная промышленная установка состоит из пылеулавливающего аппарата ВН и вентилятора, работающего на разряжение. Она подключена к аспирационному газоходу, отходящему от электро-

сталеплавильных печей. Установлено, что дисперсный состав аэрозолей зависит от стадии плавки; более мелкая фракция соответствует началу плавки ( частицы менее 0,8 мкм - 35,9%; менее 1,2 мкм - 51,7%).

Наивысшее значение эффективности без наложения дополнительных факторов составляет 80% при скорости 12 м/с, плотности орошения - 30 м^/м^ч и высоте стационарного слоя насадки - 210 мм. При таком режиме работы аппарата ВН ввод пара в газоход в количестве 25 + 30 г/м3 приводит к повышению эффективности до 92 -5- 96%.

Зависимости эффективности процесса улавливания субмикронных частиц от стадии плавки в электродуговых печах с вводом пара и без иллюстрируются рис. 5.

Для изучения влияния поверхностно - активных веществ на эффективность пылеулавливания при оптимальном режиме функционировании аппарата в орошающую жидкость добавили моющие средства в виде порошка в количестве до 0,05 г/л. Установлено, что добавка ПАВ приводит к стабилизации и повышению эффективности пылеулавливания в среднем на 5 - 6%.

В пятой главе приводится описание установок для улавливания аэрозолей и сепарации газожидкостного потока.

Пылеулавливающие установки аппаратов ВН различной производительности внедрены на АООТ «Чирчик-сельмэш» - для улавливания выбросов электродуговых сталеплавильных печей, на АООТ УзКТЖМ - для улавливания выбросов прокалочных печей и улавливания пыли натриевой селитры после аппарата с кипящим слоем, а также на заводе «Сантехлит» (г. Ахангаран) - для улавливания выбросов дробильных камер. Во всех установках для цели разделения газожидкостного потока применен разработанный сепаратор с осевым завихрителем и цилиндрическими вставками. Сепаратор, внедряемый на ПО «Мубарекгаз», служит для разделения влаги и твердых примесей от природного газа при первичной обработке газа.

Ю0

6? 30

е- я -е- §.

О щ

80

70

60

50

40 - .......- — --------

0 20 40 60 80 Время от начала плавки, 1, мин.

Рис. 5. Зависимость эффективности пылеулавливания от стадии плавки. Рабочие параметры: 11=12 м/с; 1=30 м3/м2-ч; Н=230 мм.

~*-С чистой водой -л-С вводом пара

а-С добавкой ПАВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сформулированы научные основы формализации закономерностей движения капель в рабочем объеме центробежного сепаратора и предложен программно реализованный алгоритм расчета траекторий частиц.

2. Получены решения системы уравнений движения твердых аэрозольных частиц в межкапельном пространстве турбулизированного газожидкостного потока.

3. Предложена математическая модель, позволяющая определять эффективность осаждения частиц аэрозоля на каплях жидкости з зависимости от технологических параметров процесса и физико-химических свойств улавливаемых частиц. Разработан алгоритм расчета аппарата с витающей насадкой для улавливания субмикронных частиц. На основе компьютерного эксперимента получены данные об эффективности осаждения мелкодисперсных частиц в широком диапазоне варьирования технологических параметров процесса.

4. Экспериментально исследовано распределение жидкости гю сечениям центробежного сепаратора, выявлены поля скопления жидкости, разработана конструкция сепаратора с цилиндрическими вставкямм-коагуляторами. Получены эмпирические выражения для определение абсолютного каплеуноса, гидравлического сопротивления и эффективности сепарации в зависимости от технологических и конструктивных параметров сепаратора.

5. Экспериментально исследовано улавливание субмикронных частиц в аппарате с витающей насадкой; реализованы условия повышения эффективности исследуемого процесса; установлена адекватность предложенных моделей реальным процессам.

6. Определено влияние на эффективность осаждения мелкодисперсных частиц внешних фактороз (паро-коагуляционный метод укрупнения частиц и ввод в орошающую жидкость поверхностно активных веществ).

7. Разработаны схемы очистки мелкодисперсных частиц, внедренные на предприятиях "Чирчиксельмаш", УзКТЖМ и Ахангаранском' заводе "Сантехлит" с экономическим эффектом 18712,6 тысяч сумев в го а.

8. Разработан и принят к внедрению на газоперерабатывающем заводе "Мубарекгаз" сепаратор с осевым завихрителем и цилиндрическими коагуляторами для разделения газожидкостных систем при первичной обработке природного газа.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Рахмонов Т.З., Левш В.И., Сатторов М.Г. Математическая модель улавливания субмикронных частиц аэрозолей в турбулизированном газожидкостном слое. // Науч. журнал «Истеъдод». Ташкент, 1999. №5+6, с. 35+38.

2. Рахмонов Т.З., Левш В.И. Очистка промышленных выбросов от мелкодисперсных аэрозольных частиц. // Межвузовск. сб. науч. трудов «Актуальные вопросы в области технических и фундаментальных наук». Вып. 2, Ташкент, ТашГТУ, 1999. с. 20+23.

3. Рахмонов Т.З., Левш В.И. Исследование сепарации капель газожидкостного потока в центробежном сепараторе. // Межвузовск. сб. науч. трудов «Актуальные вопросы в области технических и фундаментальных наук». Вып. 2, Ташкент, ТашГТУ, 1999. с. 23+27.

4. Рахмонов Т.З., Левш В.И., Сатторов М.Г. Влияние паро-конденсационнго эффекта на улавливание мелкодисперсных аэрозолей. // Науч. журнал «Наука, медицина и технологии». Сер. «Естествоведение и технические науки.», Ташкент. 1999. №3, октябрь, с. 37+39.

5. Рахмонов Т.З., Левш В.И., Ахбердиев A.C. Эффективность осаждения мелких частиц на каплях в турбулизированных прямоточных системах. //Республ. науч. журн. «Наука и образование Южного Казахстана». сер. «Химия, химическая технология, процессы и аппараты». Чимкент. 1999. №8 (15). с. 169+172.

6. Рахмонов Т.З., Ахбердиев, А.С Левш В.И. Математическая модель сепарации капель в закрученном газовом потоке. //Республ. науч. журн. «Наука и образование Южного Казахстана», сер. «Химия, химическая технология, процессы и аппараты». Чимкент. 1999. №8 (15). с. 172+176.

7. Рахмонов Т.З., Левш В.И. Моделирование движения дисперсных частиц в закрученном потоке. // Матер, междунар. науч. - теор. и прак-тич. конф. «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления». 4 часть, Ташкент, 1999 г. с.40+46.

8. Левш В.И., Рахмонов Т.З. Влияние различных методов укрупнения частиц на эффективность улавливания мелкодисперсных аэрозолей. // Матер. Второй междунар. науч. - теор. и практич. конф. «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления». 2 часть, Ташкент, 1999 г. сЛ55+161.

9. Левш В. И., Вагапов И.Х., Рахмонов Т.З. Центробежный эффект в газожидкостных сепараторах. //Научно-технический «Узбекский журнал нефти и газа». Ташкент, 1999 г. №4. с.25+28.

Т.З. Рахмоновнинг "Инерцион -турбулент ва марказдан цочма таъсирли тозалаш усулларидан фойдаланнб, майда дисперсли аэро-зол зарралари ва томчиларни сепарациялаш (ажратиш)" мавзуидаги 05.17.08. "Киме технологиясн жараён ва аппаратлари" мутахассислиги буйича техника фанлари номзоли унвонини олиш учун бажарган диссертация ишининг цисцача мазмуни.

Ушбу ишда сепараторнинг иш ^ажмида томчи (каттик; зарра)лар хдракатининг назарий асослари ва конуниятлари таклиф килинган. Сепараторнинг кесим юзаси буйлаб томчи харакат йули назарий ва амалий жихатдан уРганилиб, суюклик тупланиш майдон (чегара)лари аникланган.

Каттик; аэрозол заррачаларининг газ - суюклик тизимидаги томчи-лараро бушликда харакат тенгламалари системасини аналитик ечими келтирилган ва ту асосда турбулент тизимлардаги жараённинг техноло-гик курсаткичлари ва ушланаётган зарра физик - кимёвий хусусиятлари-га борлик; холда зарраларни тозалаш самарадорлигини аник;лаш хисоблари ЭХМ ёрдамида амалга оширилган.

Учувчан насадкали аппаратда субмикрон улчамли зарраларни тозалаш буйича изланиш тажрибалари бажарилиб, турри чизикли газ -сую^ликли тизимларда юкори самарадорлик курсаткичларига эришил-ган.

Технологик курсаткичларга борлик холда томчи чикншнинг абсолют микдори, гидравлик каршилик ва тозалаш самарадорлигини х.исоблаш учун эмпирик формулалардан фойдаланиш таклиф этилган.

Учувчан насадкали чангдан тозалаш аппарата учун биринчи марта, ташки омиллардан - заррачаларни бурли коагуляция усулида йириклаш-тириш ва тозаловчи суюкликка юза фаоллаштирувчи моддалар киритиш усулларининг, майда заррачаларни тозалаш самарадорлигига таъсири аникланган.

Ук буйлаб уюрмаловчи ва цилиндрик урнатмали сепаратор ишлаб чик;илган ва табиий газга бирламчи ишлов беришда газ - суюклик ти-зимларини ажратиш учун Муборак газни кайта ишлаш корхонасига тад-бик килиш учун кабул килинган.

Чирчик шахридаги «Узбекистан утга чидамли ва кийин эрийдиган металлар» бирлашмаси, «Чирчик кишлок хужалик машиналари» заводи ва Ох,ангарон шахрида иш олиб бораётган «Сантехкуйма» заводлари учун хам саноат чикиндиларидан субмикрон заррачаларини тозалаш Курилмалари ишлаб чикилган ва татбик килинган. Бу аппаратларнинг иш жараёнида умумий самарадорлик даражаси юкори булган ва татбик килинган йил учун иктисодий самара 18712.6 минг сумни ташкил этади.

-18-SUMMARY

of Rakhmonov's thesis on the subject: "Separation of small degree of dispersion of aerosol particles and drops using inertial turbulent and centrifugal effects of precipitation" for a Candidate of technical science degree on profession 05.17.08 "Processes and apparatus of chemical

technology".

This thesis suggests theoretical principles and rules of drops motion (particles) in the active volume of separators and the algorithm of calculations of particles trajectory are developed. Drops trajectories on separator section, are investigated theoretically and experimentally and fields of liquid accumulation are found out.

Here were shown the analytical decisions of equations system of hard aerosol particles motion in distance between the drops in gas and liquid system and on the basis of that the experiments on the machines were tested on computer for determination of particles precipitation effectiveness in wet created turbulence systems depending on process parameters and physical and chemical properties of collected particles.

Trapping of sub micrometer particles in apparatus with flying rings was investigated experimentally, high indicators of effectiveness in intensive straight run gas and liquid systems were received and empirical equations for determination absolute drop removal, hydraulic resistance and effectiveness of precipitation depending on process parameters were proposed.

It is the first time when the influence of external factors is defined, concerning dust collectors with flying ring, such factors as steam coagulation method of particles amalgamation and injection into reflux liquid of surface-active substances for effectiveness of precipitation of small degree of dispersion particles.

Separator with axial swirled and parallel middlebodies for separation of gas and 'liquid systems at primary gas treatment at Mubarek Refinery was developed and accepted for operation.

The treatment schemes of sub micrometers particles were developed and implemented at Chirchick plant UzKTJM, "Chirchickselmash" plant and Akhangaran plant "Santechlit" with total economic effect 18712,6 sums per year.