Барабанное устройство для мокрой очистки запыленного газа и воздуха

АННОТАЦИЯ

В статье предлагается новая конструкция барабанного высокоэффективного энергосберегающего компактного аппарата очистки запыленного газа и воздуха мокрым способом. В результате теоретических исследований были выведены уравнения для расчета полной потери давления запыленного воздуха, подаваемого в аппарат, и скорости жидкости, истекающей из штуцера. В результате можно определить эффективность очистки запыленного воздуха в зависимости от общего давления и расхода жидкости в аппарате.

ABSTRACT

The article proposes a new design of a drum, highly efficient, energy-saving compact apparatus for cleaning dusty gas and air with a wet method. As a result of theoretical studies, equations were derived for calculating the total pressure loss of dusty air supplied to the apparatus and the velocity of the liquid flowing out of the nozzle. As a result, it is possible to determine the efficiency of cleaning dusty air depending on the total pressure and flow rate of the liquid in the apparatus.

Ключевые слова: барабан, сетка, диаметр, запиленный воздух, давление, сопротивление, коэффициент трение,  скорость жидкости, скорость газа,

Keywords: drum, mesh, diameter, cut air, pressure, resistance, friction coefficient, liquid velocity, gas velocity,

Введение

Сегодня в мире особое внимание уделяется созданию технологических процессов и механизмов для предотвращения и эффективной очистки атмосферы от загрязнения запыленным воздухом, промышленными газами и различными отходами.

Одной из самых актуальных проблем сегодня является очистка пылевых газов и воздуха, образующихся при производстве строительных материалов, пищевой, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, легкой и других отраслях промышленности, их возврат в производство и решение экологических проблем.

Ученые проводят исследования по созданию эффективных, компактных и энергоэффективных устройств для очистки промышленных пылевых газов [2,5,8].

В последние годы в нашей стране проводятся исследования, направленные на создание технологических процессов и устройств для очистки запыленного воздуха, промышленных газов, различных мелких частиц и сточных вод пищевой и химической промышленности.

В области экологии и охраны окружающей среды определены дополнительные меры по совершенствованию системы государственного управления, в частности «по обеспечению отрасли высокотехнологичными очистными сооружениями» [7].

Объект и метод исследования

Исходя из вышесказанного, мы создали высокоэффективное, энергоэффективное и компактное устройство для очистки запыленного газа мокрым способом. Конструкция и принцип работы устройства описаны ниже.

Устройство работает следующим образом. Запыленный воздух подается в устройство вентилятором 13 по направляющей трубе 6 внутрь сетчатого барабана 3. Запыленный газ проходит через металлическую решетку с барабанами, меняя направление на 90⁰ в камере очистки. Правая сторона барабана закрыта металлическим диском, чтобы запыленный воздух проходил только через сетку барабана. Сетчатый барабан подается воды из бака  8 по патрубкам 9 и 10 к штуцерами 11. Расход подаваемой воды регулируется с помощью вентиля 12. Вода из штуцера 11 разбрызгивается по всей поверхности сверху барабана 3 и контактирует с запыленным воздухом. В результате пыль из воздуха захватывается жидкостью и собирается в зоне осаждения на дне корпуса 1 устройства и сетчатого барабана 3. Эта образованная шламовая ванна также служит для мытья вращающихся сетечного барабана. В зависимости от количества пыли в шламе и степени промывки сетки используется вентиль 14 для удаления шлама из устройства. Электродвигатель 4, шкивы 15 и 16 и ремень 17 служат для обеспечения вращательного движения сетчатого барабана и постоянного мытья рабочих поверхностей. Очищенный воздух выпускается в атмосферу по трубу 7. Эффективность пылеочистки устройства определяется экспериментально по размерам сетки, на которую уложен барабан 3, и коэффициентам сопротивления, формируемым в зависимости от этих размеров.

Рисунок 1. Схема устройства барабана мокрого пылеулавливания

Расход воды, выходящей из отверстия щтуцера 11, орошающей водой барабан 3, зависит от коэффициента сопротивления отверстия и определяется экспериментально. Количество штуцеров 11 выбирается размером барабана 3, степенью распыления воды на уложеннные решетки и эффективностью очистки. Диаметр и длина барабана 3 определяются в зависимости от расхода запыленного воздуха, подаваемого на очистку, и эффективности очистки выбранной решетки. Соотношение запыленного воздуха и воды, подаваемой в устройство, определяется экспериментально с помощью показателей эффективности очистки в зависимости от коэффициентов сопротивления сетки.

Полученные результаты.

Для расчета барабанного устройства проводились теоретические исследования. Расчетная схема устройства представлена ​​на рисунке 2, суммарные потери давления в устройстве на участке I - I можно записать следуюшее, Па;

Рисунок 2. Расчетная схема устройства

,                                                           (1)

где P₁ - потеря давления из-за внутреннего трения при передаче запыленного воздуха по трубе к устройству, определяемая по формуле Дарси-Вайсбаха, Па [1,3,4,6];

,                                                     (2)

где λ₁-коэффициент трения о стенку трубы, передающей пылевой газ в устройство, l-длина трубы, по которой движется пылевой газ, м; d-диаметр трубы, м; ρ_см- плотность пылевоздушной смеси, кг/м³; ω_см - скорость пылевоздушной смеси, движущейся в трубе, м/с.

Плотность смеси определяется следующим образом.

                                                       (3)

где  ρ_г- плотность воздуха, кг/м³; ρ_п- плотность пыли, кг/м³; γ- процентное содержание пыли в воздухе,%.

Коэффициент трения λ₁ зависит от режимов течения запыленного газа в трубе, а для ламинарного режима при Re ≤ 2320 определяется следующим образом.

,                                                           (4)

Когда режим потока 2320 <Re <4000, определяется следующим образом.

                                                 (5)

Для гладких труб 4000 <Re <10000 определяется следующим образом.

                                                           (6)

P₂ - потеря давления при прохождении запыленного воздуха через отверстия в сетке барабана, определяемая следующим образом, Па;

,                                                    (7)

где ω_см - скорость запыленной воздушной смеси на поверхности сетки барабана, м/с; ξ_с - коэффициент сопротивления сетки барабана, который определяется следующим образом. Как видно из рис. 2, образована ванны внизу для непрерывной промывки барабана на разрезе A-A, а жидкость в ванне имеет уровень под углом α.

Общий коэффициент сопротивления сетки барабана определяется следующим образом в зависимости от поверхности, которую через сетку проходит запыленный воздух.

,                                                   (8)

где ∆П - поправочный коэффициент, определяемый экспериментально, ΣSc - часть площади которой запыленного воздух проходит через решетку, м²; d-диаметр проволоки сетки, м; a - размер квадратного отверстия сетки, м. Оптимальные значения размеров отверстий сетки для барабана определяются экспериментальным путем.

Чтобы определить часть сетки, через которую проходит запыленный воздух, мы определяем длину дуги части круга сетки, погруженного в жидкость под углом α из рисунка 2, вычитаем из общей длины и находим общую поверхность, умножая по длине барабана. Длина дуги, погруженной в жидкость, определяется следующим образом, м.

                                                       (9)

где R - радиус сетчатого барабана, м; π = 3,14 радиан.

Общая рабочая поверхность, через которую сетка барабана пропускает запыленный воздух, определяется следующим образом, м².

                                           (10)

Давление P₃, потерянное из-за внутреннего трения в трубе, выпускающей очищенный воздух из устройства, также определяется по формуле Дарси-Вайсбаха, Па.

                                         (11)

где λ₂ - коэффициент трения в патрубке отвода очищенного воздуха, l - длина патрубка подвода очищенного воздуха, м; d-диаметр трубы, м; ρ-плотность очищенного воздуха, кг/м³; ω-cкорость очищенного воздуха, движущегося в трубе, м/с.

 Теперь, если мы поместим уравнения (2), (7), (8), (11) в 1-е уравнение, для расчета общей потери давления в устройстве будет выглядеть следующим образом.

                             ₍₁₂₎

Рассмотрим влияние давления через участок 2-2 в отверстии штуцера, распыляющего воду в устройство (рис. 2).

Соответственно, полная потеря давления на участках 2–2 равна, Па:

,                                         (13)

где P_с - геометрическое давление внутри трубопровода подачи жидкости, которое определяется по следующему уравнению, Па [6,8]:

,                                                 (14)

где ρ - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; H - высота уровня жидкости, м.(рис.2).

P_д - потеря давления при истечении жидкости из отверстия штуцера, которое определяется по следующему уравнению, Па [5,6.7,8]:

  ,                                        (15)

где ω_с - скорость жидкости истекающей из отверстия, м/с; ξ_ш - коэффициент сопротивления жидкости, вытекающей из отверстия штуцера, который определяется экспериментально толщиной стенки δ отверстия штуцера, и диаметром отверстия d_ш и поверхностным натяжением жидкости.

Применяя уравнение Бернулли [6] для определения скорости жидкости, протекающей через одно отверстие штуцера устройства, мы предполагаем, что давление в трубе равно P_с а давление в сопловом отверстии равно P_д. В этом случае уравнение (2.1) можно записать следующим образом

.                                    (16)

Из полученного уравнения (16) определяем скорость жидкости, м / с:

,                                        (17)

Из уравнения (17) можно определить расход жидкости, протекающей через одно штуцеровое отверстие устройства, м³ ч:

.                             (18)

Количество штуцеров в аппарате подбирается несколько, чтобы обеспечить полное смачивание сетчатого барабана аппарата. В этом случае уравнение (18) можно записать в следующем виде, м³/ч.

,                             (19)

где n - количество штуцеров, распыляющих жидкость на контактную поверхность материала фильтрующей сетки, шт.

Используя уравнение (19), мы можем определить общий расход рабочей жидкости, подаваемой в аппарат.

Вывод

В статье предлагается новая конструкция барабанного высокоэффективного энергосберегающего компактного аппарата очистки запыленного газа и воздуха мокрым способом. В результате теоретических исследований были выведены уравнения для расчета полной потери давления запыленного воздуха, подаваемого в устройство, и скорости жидкости, истекающей из штуцера. В результате удалось определить эффективность очистки запыленного воздуха в зависимости от общего давления и расхода жидкости в устройстве.

Список литературы:

1. Башта Т.М., Руднев С.С, Некрасов Б.Б. и др Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для студ. втузов / М.: Машиностроение, 2008. 422 с.
2. Вальдберг А.Ю., Николайкина Н.Е. Процессы и аппараты защиты окружающий среды. Защита атмосферы: Учебное пособие для вузов / М.: Дрофа, 2008. – 239 c.
3. Дитнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Москва: Химия, 1991. – 495 с.
4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов / М.: Альянс, 2014. – 752 c.
5. Луканин, А.В. Инженерная экология: процессы и аппараты очистки газовоздушных выбросов / М.: Инфра-М, 2016. – 158 c.
6. Павлов, К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М.: Альянс, 2007. – 576 с.
7. Постановление Президента Республики Узбекистан от 3 октября 2018 г. № ПП-3956 «О дополнительных мерах по совершенствованию системы государственного управления в области экологии и охраны окружающей среды».
8. Родионов И.А., Клушин В.Н. Торочешников Н.С. Техника зашиты окружающей среды. – Москва: Химия, 1989. – 509 с.