Введение к работе
Актуальность теми. Важным направлением работ в- промышленности, предусмотренным планами партии и правительства по развитии народного хозяйства, является разработка высокоинтенсивных технологических производств. Значительное место в химической технологии занимает процесс осаждения твердых мелкодисперсных частиц из газовых потоков. В частнохти, в производствах органических красителей и промежуточных^ продуктов' ежегодно образуется и нуждается в осаждении около 15 000 т пылей, причем к 2000 году эта ци:фра возрастет в четыре раза. Поэтому повышение эффективности осаждения мелкодисперсных пылей из все балее возрастающих объемов пылегазовых выбросав является важной народнохозяйственной задачей.
С другой стороны, в> последнее время приобрела громадное значение проблема защиты воздушного'бассейна о.т загрязнения промышленными выбросами, в том числе пылями. Эта сложная экологическая, социальная и экономическая проблема треоует осуществления срочных мер па-предотвращении выбросов пили в- атмосферу, строительству очистных сооружений, разработке и освоению новых видов пылеулавливавщега оборудования.
Осаждение твердых частиц из вращающихся потоков - одни из наиболее часто используемых процессов, реализуемых в центробежных пыле -уловителях. Применение потока, движущегося в спиральном канале, является перспективным направлением интенсификации процесса асаждения твердых частиц из газа. Этот метод отличается простотой аппаратурного оформления и вместе с тем достаточно эффективен, так как позволяет значительна увеличить путь и время осаждения твердых частиц и, тем самым, увеличить эффективность осаждения пыли при малых габаритах аппарата. Большим достоинством спиральных аппаратов, в отличие от других центробежных пылеуловителей, является возможность регулирования времени пребывания частиц в аппарате. Но внедрение .спиральных пылеуловителей в промышленность сдерживается отсутствием методик расчета эффективности осаждения полидисперсных пылей в спиральном канале.
Учитывая малоизученность и сложность этой проблемы, актуальным является также изыскание возможности интенсификации процесса осаждения твердых частиц в наиболее часто используемых противоточных циклонах путем более совершенной организации движения газового потока в этих аппаратах.
'Іальд г.юсдптоц-.тно'Л опботн является:
изучение способов образования пилея, типичных схем пылеосаждения и эффективности их роботи в производствах органических храситслеЯ, способов организации движения потоков в криволинейных каналах, а также исследование свойств органических пылея, определяющих процесс осаждения и транспорт осевшей пыли; разработка рекомендация по рациональным способам организации процесса осаждения пылей на основе их технологических характеристик;
построение: физических и математических моделей с аналитический и численным решением уравнений движения стоксовских моно- и полидисперсных частиц в спиральном канале постоянная и переменноя высоты и их экспериментальная проверка;
разработка методов расчета центробежных пылеуловителеЯ со спиральным осадительным'каналом различноЯ геометрии;
исследование и оптимизация процесса осаждения пылея з противоточ-ном циклоне с перфорированным организатором потока;
создание новых конструкций Центробежных аппаратов для улавливания мелкодисперсных пылей, их внедрение в практику проектирования и промышленность.
Для достижения -ели били применены следующие методы исследования: теоретическое исследование процесса осаждения твердых частиц в спиральных каналах при различных гидродинамических режимах движения газового потока: реализация математических моделей путем проведения аналитических и численных экспериментов на ООН; физическое моделиро-эаниепроцесса осаждения пылеЯ в спиральных каналах; седиментоционный и микроскопический методы исследования состава осаждаемой пили и пыли уноса; применение теории подобия при изучении гидродинамики центробежных аппаратов; математическое планирование экстремальных экспериментов при режимно-конструктивкой оптимизации циклонов новоп конструкции; статистическия анализ результатов физического моделирования.
Научная новизна. 3 настоящей работе впервые выполнено комплексное теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование процесса осаждения стоксовских твердых частиц из ламинарного, и турбулентного потока газа, движущегося по спиральному каналу постоянной и переменней высоты, причем принятые упрощающие предпосылки обоснованы и оценены количественна. При этом особое внимание уделено нахождению пределов применимости разработанных моделей. X наиболее важным новым научным результатам работы относятся:
- уравнения для расчета эффективности осаждения моно дисперсных час-
тиц и полидисперсных пылей, в том числе подчиняющихся ЛНР1, из газового потока в спиральных каналах;
номограммы для определения фракционная и полной эффективности осаждения пыли в спиральных каналах разной геометрии при ламинарном и турбулентном движении газового потока;
обобщенные критериальные зависимости' по гидродинамике движения потоков л циклонах новой конструкции;
способы интенсификации процесса осаждения пыли в спиральном канале и противоточном циклоне;
-"энергетический способ оценки эффективности работы ЦИКЛОНОВ.
Реализация работы. Научные и практические результаты были использованы для разработки новых пылеуловителей при проектировании произ- -эодств индулина и нигрозина, при усовершенсгвовании системы пылеосалс-дения в производстве выпускных форм белофоров. Снижение ущерба от загрязнения окружающей среды пыль» белофоров после внедрения спирального циклона составляет 52 000 рублей в год, экономический эффекг ог зозврата уловленной пали в производство - 30 000 рублей в год. Снижение ущерба от загрязнения среди пыльп нигрозина и индулина при условии внедрения пригивогочных циклонов с перфорированным организатором потока составит 27 000 рублей в год.
Автор защищает:
результаты экспериментального и теоретического исследования процесса осаждения ctokcodckhx частиц из газового потока в спиральном канале;
математические модели и номограммы для расчета фракционной и полной эффективности осаждения пылей в спиральных каналах различной геометрии при установившихся гидродинамических режимах течения газа;
новый способ организации движения потоков в противоточном циклоне;
результаты режимно-конструктивной оптимизации циклона с перфорированным организатором потока;
экспериментальные результаты по гидродинамике движения потока в-циклонах новой конструкции.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции: "Синтез и промышленное применение красителей и промежуточных продуктов", г. Рубежное, 1981 г., на Всесоюзном научно-техническом совещании "Методы очистки газовых выбросов" химических производств от органических соединений и утилизации уловленных продуктов", г. Черкассы, 1932 г., на 2-м Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования, интенсифика-
И'Л'Л л повышения аодехноста аппаратов основной химии','г. "умі:,': :2 ?., :га УП Республиканской конференція "Позышение эффективности., сізезленстзо-вание процессов и аппаратов химических производств", г. Льзоз, -15 33 г.
Публикации. Основные результати изложены в 10 печатних роботах и защищены Ц авторскими свидетельствами.
Объем и: структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и. приложения, выполнена на 255 страницах, содержит '|0 иллюстраций и 33 таблицы. Список использованной литературы включает 255 наименований.