Исследование гидравлического сопротивления пылеулавливающего устройства мокрым способом

АННОТАЦИЯ

В статье представлены теоретические исследования, проведенные по определению общего гидравлического сопротивления устройства, работающего в режиме завихренного потока контактного элемента, пылеулавливающего устройства, работающего мокрым способом. Для теоретического анализа разработана расчетная схема устройства. На отрезке трубы расчетной схемы приведены уравнения гидравлического сопротивления, влияющие на поток пылевого газа и воздействующие на жидкость по поперечному сечению.

ABSTRACT

The article presents a theoretical study on the determination of the total hydraulic resistance of a device operating in a circular flow with a contact element that generates a heap for cleaning dust air. For theoretical calculations, a device scheme of computing was developed. The equations of hydraulic resistance affecting the flow of powdered gas through the pipe section of the calculation scheme and the fluid in the transverse section are presented.

Ключевые слова: мокрый способ, закругенный поток, завихритель, контактный элемент, пылевой газ, поверхность натяжение, ядовитый газ, воздушный поток, поток газа, скорость газа.

Keywords: fluid flow, wet method, contact element, dust gas, surface scalingtension, toxic gas, angle of attack, air flow, gas flow, gas velocity.

Введение

Для правильного осуществления технологических процессов на промышленных предприятиях необходима очистка промышленных газов и воздуха от пыли. Смесители, диспергаторы, большинство устройств массообмена не могут хорошо работать без эффективных схем очистки газа и пыли [3, 1, 7]. В настоящее время при очистке порошкообразных газовых смесей используются следующие методы.

1. Осаждение под действием силы тяжести.

2. Осаждение под воздействием центробежной силы.

3. Осаждение в электричестком и других силовых полях.

4. Фильтрование.

5. Очистка газов мокрым способом.

При анализе этих методов наиболее эффективной является мокрая очистка, в настоящее время в отрасли наблюдается тенденция к широкому использованию этого метода, и многие научно-исследовательские работы ведутся в этой области [8, 5].

Например, при использовании таких устройств пылевой поток находится в контакте с каплями или пленкой. По свойству гидрофильности порошок прилипает к поверхности жидкости и вместе с ней выводится из устройства. Он также способен очищать очень мелкие частицы (до 0,1 мкм) и давать высокую степень очистки (до 99 %). Но образование жидкого шлама при использовании таких устройств и расход дополнительной энергии на его очистку требуют проведения научно-исследовательских работ в этой области.

Основная тенденция, выдвинутая при создании устройств для очистки пылевых газов при мокром способе, заключается в повышении эффективности очистки пыли и газов при низких расходах жидкости. Это, в свою очередь, позволит сократить энергопотребление.

На основании вышеизложенного, многочисленных исследований конструкций аппаратов очистки и нейтрализации пылевых газов и их достижений и недостатков, на основе анализа разработана конструктивная схема устройства, создающего непрерывный поток закрученного контактного элемента (рис. 1) [2].

Рисунок 1. Схема мокрого пылеулавливающего аппарата:

1 – вентилятор; 2 – электромотор; 3 – металлическая труба; 4, 10, 19 – фланцы; 5 – устройство для загрузки пыли; 6 – питатель; 7, 18 – трубка Прандля; 8 – патрубок для впуска пылегазового газа; 9 – шибер; 11 – насос; 12 – вентиль; 13 – ротаметр; 14 – труба для передачи воды; 15 – контактный элемент, закручивающий поток газа (завихритель); 16 – штуцер жидкости; 17 – водоотталкиватель; 20 – анемометр; 21 – ЛАТР; 22 – тахометр

Объект и метод исследования

С целью изучения влияния повышенного гидравлического сопротивления устройства на эффективность очистки и энергопотребление теоретически изучена его гидродинамика. На рисунке 2 представлена расчетная схема устройства.

Рисунок 2. Расчетная схема вихревого контактного элемента, работающая в завихренном режиме, мокрого пылеуловливающего устройства

Определение общих гидравлических сопротивлений, влияющих на запыленные газы в мокрым пылеуловителе с завихрительным контактном элементом, можно осуществлять при помощи приведенных уравнений в источниках [4, 6] и по расчетной схеме аппарата:

, Па,                                                                   (1)

где – общее гидравлическое сопротивление устоновки, Па;

  – гидравлическое сопротивление при входе запыленных газов в аппарат и до завыхрительного контактного элемента.

 можно определить по следущий формуле:

, Па,                                                                    (2)

где υ₁ – потеряная скорость газа при входе в аппарат и до завыхрительного контактного элемента;

ξ₁ – местное гидравлическое сопротивление газа при входе в аппарат и до завыхрительного контактного элемента.

,                                                                             (3)

где  – длина трубы, м;

 – эквивалентный диаметр трубы, м;

 – коэффициент Дарсы.

В рекомендуемой установке проведен анализ по закону Дарсы. Например, для определения  использовано уравнение Блазиуса, Конакова и Прандтля.

Уравнение Блазиуса:

.                                                                    (4)

Оно хорошо вписывается в эксперименты, когда число Рейнольдса в уравнении Re < 10. P для больших диапазонов числа Рейнольдса (составляет до 3·10 Re). К. уравнение Конакова может быть использовано:

.                                                                        (5)

Л. Прандтль пришел к следующему уравнению:

.                                                                      (6)

Выше указанные формулы не рекомендуются для шерховамых труб. На основе опытов Колбрук предложил общее уравнение для расчета техничиских труб:

.                                                                 (7)

Из уравнения (7) можно написать уравнение Прандтля в следующем виде:

.                                                                               (8)

Для зоны квадратного сопротивления наиболее распространенным является уравнение Никурадзе:

.                                                                         (9)

Наиболее эффективное уравнение предложил А.Д. Алтшулом для широких диапазонов:

.                                                                       (10)

1. При Re <  , расчет можно осуществлять с уравнением Блазиуса:

.                                                                   (11)

2. < Re < да l влияет на Re и e, соответствует сфере турбулентности, в этом случае (10) не упрощается.

3. Re > существует квадратичная область сопротивления, (10) близким к уравнению Шифрсона становится следующее уравнение:

.                                                                         (12)

Значения l, рассчитанные по этой формуле, близки к значениям, рассчитанным по формуле Никурадзе.

 (2) в уравнении  – если подставить в уравнение коэффициент сопротивления (3), то уравнение будет выглядеть так:

, Па.                                                                   (13)

P₂ – гидравлическое сопротивление на контактном завихрительном элементе аппарата определяется по следующей формуле:

, Па,                                                                      (14)

где  – потери скорости газа за счет сопротивления контактного завыхрительного элемента, м/с;

 – коэффициент гидравлического сопротивления контактного завихрительного элемента, определяется опытном путем;

 – плотность смеси пыли и газа, которая определяется следующим уравнением:

,кг/м³,                                                             (13)

где ρ – плотность пыли, кг/м³;

 – плотность воздуха, кг/м³;

– количество пыли, содержащейся в воздухе, %.

Вводя в уравнение (1) уравнения 11 и 12, получаем уравнение для определения общего гидравлического сопротивления:

, Па.                            (14)

С помощью полученного уравнения (14) можно определить полное гидравлическое сопротивление:

, Па.                                              (15)

Общее гидравлическое сопротивление, влияющее на жидкость в сечении Б-Б аппарата, может запысывать в следующем виде:

, Па,                                                                        (16)

где  – геометрическое давление в трубе, где движется жидкость, определяется следующим уравнением:

, Па,                                                                             (17)

где  – плотность жидкости, кг/м³;

 – ускорение свободного падения, м/с²;

 – высота уровней жидкости, м.

 – плотность жидкости, потерянной через отверстие, которое определяется уравнением Дарси – Вейсбаха:

, Па,                                                                    (18)

где  – скорость течения жидкости через отверстия; м/с;

 – коэффициент сопротивление при течении жидкости через отверстия, завысит от толщины отверстия штуцера и диаметра d_ш штуцера.

В таком случае для определения скорости жидкости, протекающей через отверстие аппарата, применяем уравнение Бернулли и предполагаем, что давление в трубе  и давление в отверстии пробки равны. Без него уравнение (15) может быть записано следующим образом:

, Па.                                                                 (19)

Из полученного уравнения (18) определим скорость движения жидкости:

, м/с.                                                            (20)

Из (19) уравнения можно определить расход жидкости, протекающей через шунтирующее отверстие устройства:

, м³/ч.                                                               (21)

Список литературы:
1. Алиев Г.М. Технические пылеулавливания и очистки промышленных газов. – М. : Металлургия, 1986. – 544 с.
2. Алиматов Б.А., Эргашев Н.А., Каримов И.Т. Контактный элемент в аппарате пылеудаления, работающий в витом спутнико-вихревом режиме // ФерПИ, научно-технический вестник. – 2019. – № 2. – 152 с.
3. Вальдберг А.Ю., Николайкина Н.Е. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. – М. : Дрофа, 2008. – 239 c.
4. Латипов К.Ш. Гидравлика, гидромашины, гидроход. – Ташкент : Укитувчи, 1992. – 375c.
5. Плотников К.Т. Исследование эффективности пылеулавливания и массоотдачи в роторном аппарате с внутренней циркуляцией жидкости : дис. ... канд. техн. наук. – Кемерово, 2014. –150 с.
6. Салимов З. Основные процессы и устройства химической технологии : учеб. пособие для студентов высшего учебного заведения. Т. 1. – Ташкент : Узбекистан, 1994. – 366 c.
7. Сугак Е.В. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродинамическими режимами / Е.В. Сугак, Н.А. Войнов, И.А. Николаев. – Казань : Риц и Школа, 1999. – 224 с.
8. Усманова Р.Р. Повышение эффективности газоочистки в инерционном аппарате с активной гидродинамикой : дис. ... д-ра техн. наук. – Уфа, 2017. –179 с.