Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология щей 5 %.

4. Поскольку проверка адекватности принятой модели показала её полную работоспособность, в дальнейшем целесообразно провести апробацию данной модели для расчёта процесса регенерации.

Литература

1. Очистка технологических газов / Под ред. Т.А. Семеновой и И.Л. Лейтеса. - М.: Химия, 1977. - 488 с.

2. Рамм В.М. Абсорбция газов. — М.: Химия, 1976. — 654 с.

3. Исследование физико-химических свойств модифицированного МДЭА-абсорбента для тонкой очистки синтез-газа от диоксида углерода в производстве аммиака / ИЛ. Лейтес, А.К. Аветисов, Н.В. Язвикова и др. - М.: ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», 2012.

4. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. Сборник научных трудов. Л.,1985.

5. Дильман В.В., Соколов В.В., Кулов H.H., Юдина Л.А. Опыт разработки и эксплуатации интенсивного абсорбера очистки технологического газа от диоксида углерода // Теоретические основы химической технологии. 2012. Т. 46. № 1. С. 3.

6. The Chemical Journal / Химический журнал / Химический саммит: курс на энергоэффективность; №4

Расчет эффективности улавливания капель в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями

к.т.н. доц. Жихарев A.C., Черепанова O.A.

Университет машиностроения + 7 (499) 267-10-13

Аннотация. Произведенные измерения показали, что при расчете эффективности сепарации дисперсной фазы в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями требуется учитывать действие трех факторов: осаждения под действием силы инерции, турбулентной диффузии и перемещения частиц под действием ненулевой радиальной составляющей осредненной скорости потока. В случае мелких частиц можно рассматривать индивидуальное влияние каждого из отмеченных факторов. Эффективность улавливания зависит главным образом от величины концентрации тонкодисперсных частиц и скорости их осаждения в пристенной области. Каждой выбранной конструкции сепаратора соответствует индивидуальный диапазон устойчивой работы, при котором достигается минимальная величина уноса.

Ключевые слова: Центробежный, сепаратор, лопастной завихрителъ, турбулентная диффузия, силы инерции, концентрация, дисперсная фаза, унос жидкости, пристенная зона, скорость газа.

Выбор конструкции центробежного сепаратора определяется, прежде всего, величиной уноса, допустимой в каждом конкретном случае работы технологического оборудования. Разработка новых конструкций и внедрение центробежных сепараторов в промышленность сдерживается сложностью гидродинамического расчета и расчета эффективности сепарации на стадии их проектирования.

Исследования гидродинамики закрученных газовых потоков проводили на экспериментальной установке, основным узлом которой был центробежный сепаратор со сменными лопастными завихрителями [1, 2]. Сепаратор имел диаметр сепарационной зоны 200 мм и был выполнен по схеме аппарата с нижним центральным вводом газокапельной смеси, нижней зоной слива уловленной жидкости и верхним выхлопным патрубком. На нижнем централь-

ном входе устанавливались сменные лопастные завихрители: один аксиально-тангенциального типа (АТ-75) с углом наклона лопасти к перпендикулярному сечению аппарата, равным а=75°, и диаметром входа газа ББХ=100 мм и второй аксиального типа (А-60) с углом наклона лопасти к оси цилиндрического канала а=60° и диаметром входа газа ББХ=150 мм. Скорость газа во входном патрубке изменялась в пределах от 5 до 52 м/с.

В рамках предложенной модели сепарации частиц [2] эффективность их улавливания определяется величиной потока на стенку аппарата который может быть определен для каждого диаметра частиц по уравнению:

В уравнение (1) наибольший вклад вносят значения концентрации в пристенной области. На малых расстояниях от стенки аппарата влиянием диффузии можно пренебречь по сравнению с интенсивностью осаждения, и уравнение (1) приближенно может быть записано в виде:

д(1п а) л

• Р~

сЯ

йр , при г ^ Я.

3

где величины скорости осаждения и концентрации частиц взяты для пристенной зоны. Эффективность улавливания дисперсной фазы растет пропорционально квадрату тангенциальной составляющей скорости газа в пристенной зоне.

а, 10~6, 1/м3 <Л10; <Л32, мм

25

175 V

125 -

О -75 -50 -25 0

р, мм

Рисунок 1. Изменение концентрации а среднеарифметического ^о и объемно-поверхностного dз2 диаметров капель по радиусу сепаратора АТ-75

Величину уноса ю жидкой дисперсной фазы из циклонного сепаратора определяли экспериментально по концентрации растворенной соли Ка3Р04, накопившейся в барботере-соленакопителе за время одного опыта. Конечную концентрацию соли измеряли с помощью спектрофотометра "ТЕСАТОЯ" - прибора, предназначенного для определения концентрации фосфат-иона в водных растворах в пределах от 0,1 до 1,0 мг/л раствора [1, 2].

Для сепараторов с завихрителями АТ-75 и А-60 зависимость уноса капель от скорости

ввода имеет две ярко выраженные области. В первой области с увеличением наблюдается снижение величины уноса [1]. Данный факт, по-видимому, объясняется увеличением скорости осаждения частиц дисперсной фазы Урос в пристенной области (1), которая растет пропорционально скорости ввода потока в аппарат во второй степени. Концентрация же частиц дисперсной фазы в пристенной области с ростом в соответствии с рис.1, на участке падения уноса должна уменьшаться. При достижении некоторого критического значения Wвв наблюдается резкое возрастание величины уноса, вызванное срывом капель жидкости с поверхности пленки жидкости, находящейся на стенках циклона. Для первой области характерен постоянный слив избытка жидкости из вращающегося на внутренней поверхности корпуса жидкостного кольца в нижнюю часть центробежного сепаратора. По мере накопления жидкости в кольце оно спускается ниже к завихрителю, увеличиваясь в размере. Этот режим обеспечивают наибольшую эффективность разделения газожидкостной смеси.

Для второй области зависимости ю=Г^Вв) характерен пульсационный режим образования жидкостного кольца, срыв капель с его поверхности и резкое возрастание уноса. Значение критической скорости ввода газа для А-60 составляет 14 м/с и для АТ-75 - 41 м/с. Увеличение скорости ввода свыше критических Wвв влечет за собой отвод жидкости из сепаратора в верхний патрубок в виде восходящих спиральных струй, поднимающихся по стенке аппарата.

Уравнение (1) было использовано для расчета эффективности улавливания капель в осевом сепараторе с лопастным завихрителем АТ-75. Эффективность улавливания определялась величиной потока капель на стенки сепаратора и концентрацией капель в очищенном газе. При расчетах использованы полученные экспериментальные данные (рисунок 1).

Начальное содержание капель в газе перед сепаратором составляло qH=0,04 кгж/кг г. Изменение концентрации капель в газе, зависит от текущего радиуса. На участке г=(0 -:-0,4)Я принято а=ан. В пристенной зоне сепаратора при г=(0,4-:-1,0)Я концентрация капель в газе увеличивается (рисунок 1). Расчет по уравнению (1) проводился численным методом. При этом использовались следующие соотношения:

= Чн 4

Р

3, 3

где ан - начальная концентрация капель жидкости в газе, м /м .

V "а

I = у а» ,

" ^33600

где 1п - начальный поток капель через лопастной завихритель, м3/м2с;

V - расход газа, м ;

¥3 — боковая поверхность конического лопастного завихрителя, м2.

Поток неуловленных в сепараторе капель, отнесенный к боковой поверхности лопастного завихрителя:

1а= К - 1Н

Концентрация капель в отводимом из сепаратора газе:

V Щ*

Ж? - скорость газа на выходе из лопастного завихрителя, м/с.

В качестве расчетного диаметра капель принимался среднемассовый диаметр входе в лопастной завихритель. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Произведенные измерения показали, что при расчете эффективности сепарации дисперсной фазы в осевых центробежных сепараторах с лопастными завихрителями требуется учитывать действие трех факторов: осаждения под действием силы инерции, турбулентной диффузии и перемещения частиц под действием ненулевой радиальной составляющей ос-

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология редненной скорости потока. В случае мелких частиц можно рассматривать индивидуальное влияние каждого из отмеченных факторов. Эффективность улавливания зависит главным образом от величины концентрации тонкодисперсных частиц и скорости их осаждения в пристенной области. Каждой выбранной конструкции сепаратора соответствует индивидуальный диапазон устойчивой работы, при котором достигается минимальная величина уноса.

Концентрация дисперсной фазы в пристенной зоне определяется целым рядом факторов, в том числе и конструкцией завихрителя осевого центробежного сепаратора. Концентрация частиц дисперсной фазы при расчете эффективности улавливания может быть найдена либо экспериментально, либо путем численного решения задачи о движении закрученного взвесенесушего турбулентного потока в центробежном осевом сепараторе. В последнем случае могут быть получены теоретические зависимости величины уноса от расхода газа через аппарат и нагрузки по улавливаемой дисперсной фазе.

Таблица

Скорость газа в завихри-теле, W3", м/с Начальная концентрация капель в газе, ан, м3/м3 Диаметр капель на входе в сепаратор, d5o, м Окружная компонента скорости газа, Цф, м/с Начальный поток капель в за-вихрителе, I„, м3/м2с Поток капель на стенки сепаратора, Iw, м3/м2с Поток капель, уносимых из сепаратора, 1ю, м3/м2с Концентрация капель в газе на выходе из сепаратора, аю, м3/м3

1,53 4,8Т0"5 (27-30) •10-6 5,1 7,3Т0"5 7Д2-10"5 1,25Т0"5 8,2-10"6

2,62 6,97 1,26Т0"4 1,11-10"4 1,44Т0"5 5,5-10"6

3,92 11,87 1,83Т0"4 1,65Т0"4 2,1Т0"5 5,0-10"6

5,67 16,86 2,7Т0"4 2,6Т0"4 1,2-10"5 3,7-10"6

7,21 20,1 3,45Т0"4 3,22Т0"4 2,3-10"5 3,2-10"6

Литература

1. В.В.Казаков, A.A. Костомахин, A.C. Жихарев, A.M. Кутепов //Теоретические основы химической технологии, 1993. Т.27.№ 1.С.69

2. В.В. Казаков, С.Н. Поляков, А.А.Костомахин, А.С.Жихарев //Хим.пром. 1994. №8. С.33

Роль хрома в коррозионно-электрохимическом поведении

углеродистых сталей

д.х.н. с.н.с. Реформатская И.И., д.х.н. Подобаев А.Н., Шишлов Д.С., Чибышева В.Д.,

к.х.н. Артамонов О.Ю.

Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова,

Университет машиностроения reformir@yandex. ru

Аннотация. В нейтральных (рН=7,55) и слабощелочных (pH=8,74) хлоридсо-держащих растворах исследовано коррозионно-электрохимическое поведение модельных углеродистых сталей, содержащих до 1,05 % Cr. Показано, что введение хрома в углеродистые стали затрудняет их пассивацию, а микролегирование титаном оказывает благоприятное влияние на их пассивируемость и питтингостой-кость. Высказано предположение, что наблюдаемое влияние хрома и титана на пассивируемость и питтингостойкость низколегированных сталей связано с изменением энергетического состояния поверхности металла.

Ключевые слова: сталь, пассивация, питтинг, общая коррозия, химический состав

До последнего времени было принято оценивать эксплуатационные свойства (в том