Введение к работе
! (
~^.'^Лктуяльность работы. Сложные процессы, происходящие в стране и мировом сообществе, связанные с переоценкой сырьевых потенциалов, возможностью создания безотходных и малоотходных технологий требуют комплексных подходов как к вопросам технологи?, так и к аппаратурному оформлению схем, позволяющих многократно повысить производительность и эффективность оборудования, снизить его энерго- и материалоемкость.
В решении это? проблеми доминирующую роль играет способ целенаправленно? передаст энергии в зону активной обработки взаимодействующих фаз.
Широко используемые в настоящее время "аппараты для обработки газов, жидкостей и твердых веществ в основном работают при высоких скоростях потоков. Однако даче при турбулентных режимах имеются неиспользуемые резервы. Это приводит не только к снижению эффективности протекающих процессов, но и к образованию на внутренне? поверхности и контактных устройствах агрегатов трудноудаляемыг отложений, что вызывает простои, ухудшение качества и безвозвратные потери продукта. Особенно интенсивно аутогеяия происходит при переработке сыпучих и пульпообразных материалов в процессах хранения, дозирования, сушки, охлаждения и-пылеулавливания.
Указанные проблемы можно устранить конструированием уст-ро?ств на основе использования закономерностей образования, движения и взаимодействия вихревых потоков. Поэтому изыскание способов активного возде?ствия на структуру турбулентных потоков и разработка на их основе высокоэффективных устройств для разрушения отложений и пылеулавливания является актуалья ным.
Работа включат в разработанную АН СССР Программу исследований по важнейшим Фундаментальным проблемам "Разработка научных основ создания новых процессов и аппаратов химической технологии и методов интенсификации существующих процессов" (подраздел Т.2. и 3.2) на Т978-Т990 гг., Межведомственный пгя
- совместных сабот организаций Минхимпрома и вузов MB и ССО КаэССР на 7978-т985 гг. (раздел 4), Межведомственный план совместных научно-технических и поисковых работ, выполняемое организациями и предприятиями Минудобрений и институтам! Акадо-
мий наук и Минвуза КазССР в І986-Т990 гг. (раздел 2.14.45. ТЗ, а также тематически" план научно-исследовательских работ Казахского химико-технологического института Т977-Т99І гК
Цель работы. Научное обоснование создания высокоэффективных устройств для разрушения отложений и пылеулавливания на основе использования способов управления движением и взаимодействием вихревых потоков, а такие внедрение их в промышленность и разработка технической документации для серийного производства. Для осуществления этой цели потребовалось решить следующие задачи:
анализ физико-химических свойств пылей и структурно-механических характеристик отложений и их классификация;
изучение закономерностей образования, движения и взаимодействия вихрей, а также особенностей формирования и распространения ударных волн:
разработка и исследование эффективности устройств для разрушения отложений и пылеулавливания;
моделирование и расчет процессов разрушения отложений и пылеулавливания;
технико-экономическая оценка и промышленная проверка эффективности .разработанных устройств.
Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы принципы использования организованных вихревых зон для интенсификации гидсюмеханичес-ких (пылеулавливание) и тепловых (горение) процессов. 1Ъи этом впервые:
установлена эффективность управляемого воздействия на структуру турбулентного потока, путем изменения геометрических форм, размеров и расположения турбулизаторов;
разработана модель течения газовоздушной смеси с горением по каналу импульсной камеры, устанавливающая зависимость между давлением ударной волны и коэффициентом повышения скорости сгорания за счет турбулизации смеси вихревыми зонами;
исходя из структуры вихревых зон, их размеров и условий взаимодействия определен диапазон оптимального располо-1 жения турбулизаторов, обеспечивающи" максимальную интенсивность процессов;
предложен механизм разрушения отложений под действием нелинейных возмущени" среды и на это? основе разработана мп-
тематическая модель взаимодействия, учитывающая структурно-механические характеристики отложени» и Форму сигнала ударной волны, а такте условия распространения ее внутри аппарата и взаимодействия с поверхностью;
на основе турбулентно-инерционного механизма улавливания частиц на каплях разработано математическое описание инерционного и диффузионного осаждения в вихревых зонах, базирующееся на предложенных уравнениях для определения: а) размеров контактных ячеек с учетом явление образования, срыва, движения и взаимодействия вихрей; б) среднего размера капель, образующихся в результате распада пленки жидкости под действием возмущающе" силы газового потока; в) коэффициента захвата, учитывающего режим обтекания и Физико-химические свойства аэрозоля; г) коэффициента турбулентное диФФуйии частиц с учетом степени увлечения их турбулентными пульсациями;
установлены отличительные особенности и общие гидродинамические закономерности эвекционного и форсуночного аппаратов с организованными вихревыми зонами при противоточном
и прямоточном движениях контактирующих фаз;
- получены уравнения для расчета количества вытесняемой
и удерживаемой жидкости, толщины пленки на элементах рігуляр-но расположенной насадки, гидравлического сопротивления;
получены уравнения для определения компонент скорости газа в зависимости от расходных характеристик потока, геометрических параметров циклона и спирального канала;
разработана и исследована теоретическая модель процесса инерционного разделения в циклонном пылеуловителе;
получены зависимости для расчета фракционной эффективности и гидравлического сопротивления, учитывающие изменение тангенциальное скорости по радиусу спирального канала.
Фактическая ценность и реализация работы в промышленности.
Г, На основе единых принципов направленного воздействия на структуру турбулентного потока разработаны высокоэффективные конструкции генераторов ударных волн, мокрых и сухих пылеуловителе", защищенные авторскими свидетельствами СССР.
2. Проведена инвентаризация источников загрязнений предприятие Фос*юрноР промняленности с последующее классификацией пылегазовых выбросов по составу. Определены физико-химические
свойства пылей и структурно-механические характеристики отложений.
3. Разработанные конструкции генераторов ударных волн мокрых и сухих пылеуловителей с организованными вихревыми зонами прошли промышленные, межведомственные испытания и комплексно использованы в следующих производствах:
фосфора (улавливания пыли кокса при подготовке сырья к электровозгонке, разрушение отложени" в процессе пылеулавливания печных газов и процессе обезвоживания шлака) на ДПО "Химпром" и Новоджамбулском фосфорном заводе с Фактическим экономическим эффектом 39,76 тыс.руб. и ожидаемым эффектом 223,96 тыс.рубле»1;
монокалыдиРфосфата (улавливание пыли монокальцийФос-фата после аппаратов кипящего слоя, разрушение отложений в процессе пылеулавливания) на ДПО "Химпром" с фактическим (экономически:.- эффектом b2b,7 тыс.рублей;
диаммонийФосФата (разрушение отложений в процессе пылеулавливания, дозирования и сушки) на ДІЮ "Химпром" с фактическим экономическим эффектом 8Т2.35 тыс.руб. и ожидаемым эффектом 306,36 тыс.рублей;
синтетических моющих средств (улавливание пыли CiviC) на ЧПО "ФосФор" с фактическим экономическим эФФектом 567,67 тыс. рублей;
кормовых обесфторенных фосфатов (улавливание пыли) на Дкамбулском суперфосфатном заводе с Фактическим экономическим эффектом 21,Ь тыс.рублей;
цементе (разрушение отложений в сырьевых бункерах, электрофильтре и газоходах) на Кузнецком цементном заводе с Фактическим экономическим эЗДектом Ь3,25 тыс.рублей;
- алюминия (счистка отходящих газов от электролизеров)
на Красноярском алюминиевом заводе.
4. Созданы методы расчета генераторов ударных волн, мокрых и сухих пылеуловителе". Составлены алгоритмы, блок-схемы и программы для ЭВМ, используемые при проектировании отраслевой научно-исследовательской лабораторией ЧПО "ТосФор" и КазНИИГипро'їюгФором.
э. [Ьлученные экспериментальные данные, расчетные уравнения и конструктивные решения для мокрых пылеуловителей с организованными вихрєрчлі тонями составили основу техничес-4
кой документации разработанного совместно с Запорожским филиалом НМИОГаз и КаяНИИГипроФосФор типораэмерного ряда прямоточних аппаратов с регулярной подвижной насадкой: AJ1-I50, АП-300, АІІ-600 (ТУ 26-01-1057-89).
Апробация работы. Результаты работы доложены на всесоюзных конференциях: "Современные машины и аппараты химических производств" (г.Чимкент, 1980,1988г.; г.Навои, 1983), "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений" (г.Чимкент, 1981), "Пути создания безотходных и малоотходных производств в основной химии (г.Свердловск, 1981), "Хим-реактор-8" (г.Чимкент, 1983), "Технология связанных материалов" (г.Белгород, 1986); всесоюзных научно-технических совещаниях: "Мокрые системы пылеулавливания" (г.Запорожье, 1978), "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (г.Сумы, 1982); Всесоюзном семинаре "Новые достижения в области фосфидов и фосфорсодержащих сплавов" (г.Киев, 1983); отраслевых научно-технических конференциях предприятий и организаций фосфорной промышленности (г.Чимкент, 1978, Ґ.Москва, 1979); республиканских научно-технических конференциях (г.Джамбул, 1980, г.Чимкент, 1980, г.Караганда, 1985, г.Алма-йта, 1990); научно-технических конференциях: Казахского химико-технологического института (г.Чимкент, 1978-1989), Ивановского химико-технологического института (г.Иваново, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 статей и сообщений, получено 18 авторских свидетельств СССР, издана I обзорная информация и I монография.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы (316 наименований) и приложений. Общий объем диссертации 480 страниц, в том числе 390 страниц основного текста,100 рисунков, 90 страниц приложений.