Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

БРЫЗГОУНОС В РОТОРНОМ ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЕ

Сорокопуд А.Ф. 1 Нечаева Е.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»
Очистка промышленных газов от пыли пищевых продуктов является актуальной проблемой в ряде от-раслей пищевой промышленности и перерабатывающих отраслях АПК. Например, потери сухого молока в сушильных установках типа ВРА - 4, RS – 1000, предусмотренные техническим паспортом, составляют 4% от производительности сушилки, но могут достигать и значительно больших величин. Кроме эколо-гической и санитарно-гигиенической эта проблема имеет существенную экономическую значимость – теряются десятки тонн готового продукта, что отражается на рентабельности и размерах прибыли пред-приятий. В статье приведены результаты исследований брызгоуноса в роторном газопромывателе в зави-симости от диаметра распыливающих отверстий, скоростей жидкости и газа, физико-химических харак-теристик рабочей жидкости.
вязкость и поверхностное натяжение жидкости
плотность
диаметр распыливающих отверстий
скорость газа и жидкости
брызгоунос
1. Пат. 229610 Российская Федерация, МПК В 01 D 47/16 / Роторный пылеотделитель / А.Ф. Сорокопуд, и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Кемеровский технологи-ческий институт пищевой промышленности» (Ru). – № 95109057/25; заявл. 02.06.1995; опубл. 27.04.1998.
2. Сорокопуд А.Ф., Даниленко М.И. Максимов С.А. Технико-экономические предпосыл-ки выбора рационального пылеуловителя // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. 2002. №10. – с. 62-64.
3. Сорокопуд А.Ф. и др. Исследование брызгоуноса в роторном распылительном аппара-те. ТОХТ, том 35, №3, 2001.-с. 321-326.
4. Сорокопуд А.Ф., Стрижков Д.С., Козымаев В.С. Исследование работы нового кон-тактного элемента роторного распылительного аппарата// Техника и технология пищевых производств №4(27), 2012. – с. 65 – 68.
5. Сугак Е.В. и др. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродина-мическими режимами. – Казань; РИЦ «Школа», 1999. – 224с.

Введение

Ряд технологических процессов в пищевой промышленности сопровождается выделениями пыли (сушка молока и молочных продуктов, дрожжей, транспортирование различных сыпучих материалов и т. д.), которые попадают в атмосферу в виде мелкодисперсных частиц. Выброс пыли обуславливает взрыво - и пожароопасность, а также снижает рентабельность производства, приво­дит к ухудшению условий труда и наносит ущерб окружающей среде. Очистка промышленных газов от пылей и аэрозолей имеет глобальное значение в решении проблемы охраны окружающей среды.

Оснащение систем очистки газов от пыли пищевых продуктов аппаратами «мокрой» пылеочистки роторного типа с внутренней циркуляцией и самоорошением позволит снизить потери продукта без существенного роста его себестоимости [2].

Основным фактором, определяющим верхнюю предельную нагрузку по газу в аппаратах «мокрого» типа, является величина брызгоуноса, представляемая обычно относительной величиной: кг унесенной жидкости на кг газа прошедшего через аппарат за одно и то же время. В данной работе брызгоунос исследовался в роторном газопромывателе диаметром 0,25 м, при диаметре диспергирующего устройства 0,075м. Конструкция аппарата представлена на рис. 1 [1]. Аппарат содержит вал 1, подшипниковую опору 2, сепаратор 3, крыльчатку-сепаратор 4, корпус 5, транспортирующий цилиндр 6 с насосным устройством 14, вокруг которого соосно установлен направляющий цилиндр с сеткой для отделения нерастворившихся частиц уловленной пыли 12. В нижней части аппарата установлен бункер 11 с гидрозатвором 9 и патрубком удаления шлама 10. На корпусе установлен патрубок ввода орошающей жидкости 13.

Очищаемый газ по патрубку, тангенциально установленному к цилиндрическому корпусу 5, вводится в аппарат, в результате возникает центробежная сила, действующая на взвешенные частицы. Очищаемый газ прижимается к поверхности жидкости, залитой в бункер 11. Частицы, находящиеся в газовом потоке, соприкасаясь с поверхностью жидкости, смачиваются и оседают на дно бункера 11.

Приобретенное закрученное движение очищаемый газ сохраняет по всей высоте аппарата, поскольку движется вслед за распыляемой транспортирующим цилиндром жидкостью, захватывается крыльчаткой-сепаратором 4, а в сепараторе 3 проходит по лабиринтным каналам, образованным отбойными элементами. Сохраняя закрученное движение, газ выходит из сепаратора - 3 и прижимается к стенке в верхней части корпуса 5 и выводится по тангенциально установленному к корпусу 5 патрубку. Такое движение газового потока обеспечивает невысокое гидравлическое сопротивление при его прохождении через аппарат.

Рабочая жидкость заливается в необходимом количестве в бункер 11, с помощью насосного устройства 14 непрерывно подается в транспортирующий цилиндр 6, в верхней части которого расположены в распыливающие отверстия. При диспергировании жидкости транспортирующим цилиндром 6 образуется слой струй и капель, достигнув пластинок пристенного каплеотбойника и стенки корпуса 5, капли ударяются о них, в результате появляются вторичные капли, а на стенке корпуса 5 и пластинках образуется пленка турбулизированной жидкости. Пленка жидкости стекает по корпусу 5 в бункер 11.

Рисунок 1 – Роторный газопромыватель

Пристенный каплеотбойник представляет собой вертикально установленные пластины размещенные по высоте факела распыла. Пластины изготовлены из нержавеющей стали и устанавливаются под углом 15°-20° к касательной, проведенной к окружности распылителя, с шагом в 2 раза большим их ширины. В связи с этим капли факела ударяются касательно о поверхность пластин, происходит скольжение капель и перемешивание пленки жидкости на них.

В транспортирующем цилиндре отверстия располагаются в шахматном порядке, количество рядов отверстий составляет 6 с шагом tос=tок=2,5d0. Диаметр отверстий d0=. Скорость газа в аппарате изменялась в пределах Uап = 1…4м/с; частота вращения распылителя задавалась из условий его устойчивой работы - n = 800…1000 об/мин, что обеспечивало скорость истечения жидкости в пределах Uж = 3,14…4 м/с. Все детали аппарата, соприкасающиеся с газом и жидкостью, выполнены из нержавеющих марок стали или специальных пластмасс.

Эксперимент проводился на системе воздух-вода при температуре 18…0С.

В качестве модельных использованы пыли: сухого молока, лактозы, сахара. B целях экономии дорогостоящих пылевидных продуктов на первом этапе использовали угольную пыль марки К – коксующийся.

Физико-химические характеристики рабочих жидкостей таблица 1 (плотность, ρж, кг/м3; вязкость, µж*103, Па*с; поверхностное натяжение, σж*103, Н/м) замерены в процессе работы аппарата с использованием методов, получивших широкое распространение в экспериментальных исследованиях: ρ – пикнометрическом; µ - с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ – 3; σ – академика Ребиндера.

Физико-химические характеристики рабочих жидкостей. Таблица 1

 

Вид пыли

ρж

μж*l03

σж*l03

кг/м3

Па*с

Н/м

Уголь

1008

1,34

68,53

Сухое молоко

1028

1,95

64,75

Лактоза

1030

2,01

68,61

Сахар

1007

1,2

73,1

Угольная пыль является нерастворимой в воде, остальные пыли растворимы, но обладают различными физико-химическими свойствами.

При диспергировании жидкости перфорированным цилиндром в свободном пространстве аппарата образуется газо-жидкостная система, параметры которой изменяются по радиусу аппарата. При взаимодействии диспергированных капель и газа, капли изменяют свою скорость и траекторию движения, при этом происходит как разрушение капель, так и образование новых[3]. Гидродинамическая обстановка в факеле отличается сложностью.

Проанализировав данные по гидродинамике факела распыла жидкости и гидродинамику удара капель о преграду, авторы [3] установили основные источники брызгоуноса:

  1. мелкодисперсные капли, унесенные потоком газа из факела распыленной жидкости;
  2. мелкодисперсные капли, образовавшиеся при взаимодействии капель факела между собой;
  3. мелкодисперсные капли, образовавшиеся при взаимодействии капель факела и вторичных капель между собой;
  4. вторичные капли, образовавшиеся при ударе капель факела о пластинки пристенного каплеотбойника.

Аналитические и экспериментальные исследования позволили установить, что наиболее значимыми являются 1 и 3 источники, а 2 и 4 источниками можно пренебречь [3].

Количество унесенной из аппарата жидкости определяли сепарационным методом, основанном на использовании каплеуловителя. Конструкция, которого представляет собой емкость с отбойной пластиной, установленный поперек воздушного потока. Сепаратор устанавливался на выходном газоходе газопромывателя.

Рисунок 2 Зависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате (d0= 1,4 мм).

Рисунок 3 3ависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате (d0= 2,5 мм).

Рисунок 4 3ависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате при запылении.

Из графиков (рис. 2- 4) следует, что при увеличении скорости жидкости (при увеличении частоты вращения распылителя) брызгоунос возрастает. Это объясняется более интенсивным взаимодействием капель факела с пленкой на поверхности пластин пристенного каплеотбойника и возрастанием производительности диспергирующих отверстий. Оба обстоятельства приводят к увеличению количества мелкодисперсных капель подверженных уносу потоком газа.

Данные на рис.4 характеризуют влияние физико-химических характеристик рабочей жидкости на брызгоунос. 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 (см. табл. 1).

Во всем исследованном диапазоне относительный брызгоунос не превышает 0,05 кг/кг, что вполне допустимо[5].

Обработка экспериментальных данных позволила получить обобщенное выражение:

, кг/кг; (1)

для которого R2 = 0,94, коэффициент корреляции.

Выражение (1) может быть использовано для оценочных расчетов при выборе конструктивных, режимных и физико-химических характеристик.

Сопоставляя данные полученные в настоящей работе с [4], где исследован другой каплеотбойник при больших скоростях жидкости, можно сделать выводы: в исследованном аппарате скорость газа может быть увеличена, применение нового каплеотбойника [4], позволит снизить брызгоунос.

Полученные данные позволяют рекомендовать низкие частоты вращения диспергирующего устройства (n=800 и 900об/мин) c точки зрения снижения брызгоуноса и повышения эксплуатационной надежности аппарата.

Рецензенты:

Петрик П.Т., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Энергосберегающие процессы в химической и нефтегазовой технологиях», ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет», г. Кемерово;

Лобасенко Б.А., д.т.н., профессор кафедры «Процессы и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» г. Кемерово.


Библиографическая ссылка

Сорокопуд А.Ф., Нечаева Е.С. БРЫЗГОУНОС В РОТОРНОМ ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=12603 (дата обращения: 23.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074