Закономірності процесу очищення газоповітряних сумішей в роторному вихровому апараті - Автореферат

Даним вимогам відповідають роторні вихрові апарати для мокрого очищення газів. Інтенсифікація процесів тепломасопередачі у роторному вихровому апараті може бути досягнута за рахунок того, що взаємодія між фазами здійснюється в умовах підвищеної турбулентності потоків завдяки впливу ротора. Крім того, існує можливість створення високої площі поверхні міжфазного контакту в одиниці обєму за рахунок утворення тонких плівок і дрібних крапель рідини й газу, тому теоретичне й експериментальне дослідження роторного вихрового апарату, розробка методів розрахунку конструктивних параметрів та вдосконалення його конструкції є актуальною задачею, рішення якої присвячена дана дисертаційна робота. · розробити математичну модель руху рідкої фази у роторному вихровому апараті й на підставі цього виявити різні режими роботи апарату; Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: · вперше встановлено закономірності руху рідкої фази в роторному вихровому апараті; показано існування режимів роботи апарату, які відрізняються характером руху рідкої фази в проточній частині, а також співвідношенням плівкової й краплинної рідини в апараті;В основі процесу мокрого уловлення пилу в роторному вихровому апараті лежить контакт запилених газів з рідиною, при цьому виділено два основних механізми: відцентровий механізм, який обумовлений інтенсивною закруткою газової фази в меридіональному перетині, та інерційного захоплення часток пилу краплями рідини. , (3) де - коефіцієнт, який враховує відношення довжини траєкторії польоту краплини рідкої фази до радіуса меридіонального перетину; , - обємна доля води в апараті; - коефіцієнт інерційного зіткнення; Q - обємна витрата повітря, яка пройшла через апарат; - обємна витрата рідини, яка циркулює в апараті та потрапляє на робоче колесо; С - поправочний коефіцієнт Кенінгема при мкм, С ? 1; - діаметр крапель, мкм; - швидкість твердих часток, м/с. Зроблено висновок, що ефективність відцентрового вловлювання пилу зростає пропорційно частоті обертання робочого колеса й квадрату відношення радіуса робочого колеса до радіуса меридіонального перетину проточної частини. Ефективність інерційного захоплення пропорційна кількості води, яка циркулює в апараті й розприскується робочим колесом. Для переходу до режиму, в якому рідина циркулює по проточній частині, доцільно збільшення коефіцієнту тертя на границі рідина-стінка, що призведе до зниження окружної швидкості плівки й відповідному зменшенню відцентрової сили, що перешкоджає циркуляції.В дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу щодо вивчення досліджень закономірностей процесу очищення газових викидів у роторному вихровому апараті, інтенсифікацій роботи та удосконалення його конструкції. Визначено закономірності руху рідкої фази в роторному вихровому апараті. Виявлено існування різних режимів, які відрізняються різним рухом рідкої фази в меридіональному перетині апарату, а також співвідношенням плівкової та краплинної фаз в апараті. Область та умови застосування роторного вихрового апарату: очистка пило газових сумішей розмір найменших часток твердої фази (пилу) 2 - 10 мкм (для досягнення ефективності очищення 99,9 %); рідка фаза для зрошення - вода чи близькі по вязкості рідини; витрата води на зрошення від 0,02 до 0,2 л/м3 повітря; обємна частка води в апараті від 3 до 6%, при цьому питомі енерговитрати складають не більше 1800 Дж/м3.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу щодо вивчення досліджень закономірностей процесу очищення газових викидів у роторному вихровому апараті, інтенсифікацій роботи та удосконалення його конструкції. У процесі досліджень отримано наступні висновки: 1. Аналіз літературних джерел показав що процес очищення газоповітряних сумішей в роторних апаратах знайшов застосування в багатьох галузях промисловості.

2. Визначено закономірності руху рідкої фази в роторному вихровому апараті. Виявлено існування різних режимів, які відрізняються різним рухом рідкої фази в меридіональному перетині апарату, а також співвідношенням плівкової та краплинної фаз в апараті.

3. Розроблено математичну модель руху плівки рідкої фази за поверхнею проточної частини. Отримано безрозмірний комплекс, який визначає можливість циркуляції рідкої фази в меридіональному перетині апарату.

4. Розроблено математичну модель уловлення пилу, яка враховує специфіку роторного вихрового апарату, та особливості руху рідкої та газової фаз.

5. Область та умови застосування роторного вихрового апарату: очистка пило газових сумішей розмір найменших часток твердої фази (пилу) 2 - 10 мкм (для досягнення ефективності очищення 99,9 %); рідка фаза для зрошення - вода чи близькі по вязкості рідини; витрата води на зрошення від 0,02 до 0,2 л/м3 повітря; обємна частка води в апараті від 3 до 6%, при цьому питомі енерговитрати складають не більше 1800 Дж/м3.

6. Розроблена та захищена патентом України на корисну модель 5 удосконалена конструкція роторного вихрового апарату з встановленими направляючими елементами, які забезпечують: роботу апарату в режимі інтенсивної циркуляції та розбризкуванням рідкої фази в меридіональному перетині в широкому діапазоні режимних параметрів, що є необхідним для підвищення ефективності уловлення пилу.

· Розроблено методику розрахунку роторного вихрового апарату для очищення димових газів для АТ «шахта Постніковська». Результати дисертації впроваджено в навчальний процес кафедри ХТПЕ НТУ «ХПІ» при викладанні спеціальних дисциплін, курсовому та дипломному проектуванні за спеціальностями 8.070220, 8.070221 та 8.070801.

1. И.В. Питак, П.П. Хусточкин, В.Ф. Моисеев, В.П. Шапорев. Аппарат для проведения процессов абсорбции и газоочистки. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ", 2005 - № 9, с. 3-6.

Здобувачем проведено порівняльний аналіз конструкцій роторних вихрових апаратів, обрані напрямки досліджень. Обрана найбільш доцільна конструкція для проведення процесу очищення газоповітряної суміші.

2. І.В. Пітак, О.Г. Трошин, В.Ф. Моісеєв, В.П. Шапорев. Можливості використання тороідального контактного елементу в вугільній промисловості // Вісник Національного технічного університету "ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ", 2006 - №10, с. 137-142.

Здобувачем запропоновано розглянути інтенсифікацію процесів абсорбції, які мають велике розповсюдження в хімічній, вугільній та інших областях промисловості. Розроблена конструкція апарату з тороідальним контактним елементом, який дозволяє значно підвищити ступінь пило очищення.

3. И.В. Питак, А.Г. Трошин, В.Ф. Моисеев. Определение эффективности очистки газовоздушного потока в роторном массообменном аппарате // Східно-Європейський журнал передових технологій - Харків: Технологічний центр, 2007, № 5/4 (29) - с. 9-12.

Здобувачем здійсненні дослідження, щодо визначення основних закономірностей процесу очистки у роторному вихровому апараті. Наведена лабораторна установка для проведення лабораторних випробувань. Отримана графічна залежність ефективності очистки повітря від кількості рідини, яка подається до апарату.

4. И.В. Питак, А.Г. Трошин, А.В. Сурков, В.Ф. Моисеев. Гидравлическая характеристика роторного массообменного апарата // Вісник Національного технічного університету ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ", 2007 - № 32, с.93-100.

Здобувачем запропоновано роторний вихровий апарат, який дозволяє значно підвищити ступінь абсорбції або пило очистки. Наведена гідравлічна характеристика роторного вихрового апарату і представлена візуалізація потоку.

5. Трошин А.Г., Питак И.В. О режимах движения жидкой фазы в роторном вихревом массообменном аппарате //"Інтегровані технології та енергозбереження" - Харків: НТУ "ХПІ", 2007 - № 4, с.31-37.

Здобувачем проведено дослідження гідродинаміки внутрішніх потоків рідкої та газової фази у роторному вихровому апараті. Показана можливість існування різних режимів руху рідкої фазі.

6. Позитивне рішення про видачу деклараційного патенту України від 15 листопада 2007 р. № 28863/1. Стосується заявки № u200708025.

7. Богинская И.В., Орехова Е.Н. Угольная промышленность - положительные и отрицательные реакторы // Тез. докл. Межнародного студенческого форума. - Белгород: ГТУ им. В.Г. Шухова. 2004. - ч. 4, - с. 144.

Здобувачем вивчено позитивні й негативні фактори вугільної промисловості.

8. Богинская И.В., Комаристая Б.Н., Орехова Е.Н., Сиренко В.И. Экологические проблемы угледобывающей промышленности (на примере ГОАО ш. "Постниковская" ГП "Шахтерскантрацит") // Тез. доп. Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів «Хімія і сучасні технології». - Дніпропетровськ, 2004. с. 11-12.

Здобувачем представлені екологічні проблеми вугільної промисловості, а саме проблема пилегазових відходів.

9. Богінська І.В., Сіренко В.І., Пітак О.Я. Дослідження процесу видобутку вугілля і використання відходів вугільної промисловості в будівництві та кераміці // Матеріали Міжнародної конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних екологічних проблем”. - Чернівці: "Зелена Буковина". 2004. - с. 144-148.

Здобувачем розглянуто процес видобутку вугілля, виявлено кількість відходів, які утворюються в цьому виробництві

10. Питак И.В., Моисеев В.Ф. Очистка газовоздушной смеси механическим аппаратом непрерывного действия // Тез. доп. Всеукраїнської конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії».- Київ, 2005. с. 44.

Здобувачем запропоновано використовувати роторний вихровий апарат для очищення газоповітряної суміші.

11. Питак И.В., Моисеев В.Ф. Очистка газовоздушного потока с помощью тороидального контактного елемента // Тез. доп. Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів «Охорона навколишнього середовища». - Донецьк, 2005. с. 55 - 57.

Здобувачем запропоновано проводити очищення підходящих димових газів в тороідальному контактному елементі.

12. Пітак І.В., Моісеєв В.Ф., Калінін А.С. Конструктивна характеристика тороідального контактного елементу // Матеріали Міжнародної конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних екологічних проблем”. -Чернівці: "Зелена Буковина". 2005. - с. 263-268.

Здобувачем розглянуто інтенсифікацію процесів масообміну і пило очистки в роторному вихровому апараті.

13. Пітак І.В., Моісеєв В.Ф., Трошин О.Г. Можливості використання тороідального апарату в вугільній промисловості // Матеріали Міжнародної конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних екологічних проблем”. - Чернівці: "Зелена Буковина". 2006. - с. 367-372.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано використання тороідального апарату для очищення газоповітряних сумішей від пилу.

14. Пітак І.В., Моісеєв В.Ф., Трошин О.Г., Васильєв М.І. Гідравлічна характеристика роторного вихрового апарату для очищення пилогазової суміші // Матеріали Міжнародної конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних екологічних проблем”. - Чернівці: "Зелена Буковина". 2007. - с. 154-158.

Здобувачем вивчено процес видобутку вугілля і використання відходів вугільної промисловості. Розглянута конструктивна характеристика роторного вихрового апарату. Наведена гідравлічна характеристика роторного вихрового апарату.