Введение к работе
Актуальность проблемы. Высокоэффективное оборудование для очистки газов от дисперсных частиц, загрязняющих окружающую среду или представляющих собой продукт производства, в настоящее время является важнейшей составной частью аппаратурного оформления большинства технологических процессов. Наиболее сложная задача состоит в выделении твердых или жидких дисперсных частиц малых размеров (менее 20 мкм). Важно выбрать наиболее подходящий для данных технологических условий тип оборудования и на основе математических моделей рассчитать ожидаемые показатели его работы. Однако до настоящего времени не достаточно разработаны методики и модели прогнозирования показателей работы вихревых циклонных камер (циклонов). Применяемое оборудование должно обеспечивать максимальную степень очистки при минимальных материальных и энергетических затратах.
Моделирование является одним из наиболее важных и полезных методов анализа закономерностей функционирования аппаратов в условиях производства, которое позволяет, постичь суть явлений, не прибегая к экспериментам на реальном объекте.
В основе очистки газов от дисперсных частиц, а значит и в основе работы вихревых аппаратов, лежат явления, вероятностные по своей природе. Стохастические (вероятностные) их особенности проявляются, прежде всего, в неравномерности распределения элементов фаз по времени пребывания, по размерам, по траекториям, в случайном характере распределения размера частиц, их плотности, формы и т.д. С позиций данного исследования, решается вопрос моделирования эффективности работы новых и хорошо известных устройств очистки газовых выбросов с учетом стохастических особенностей их работы. При этом преследуется одна цель - предложить, опираясь на предшествующий опыт экспериментальных и теоретических исследований, методику прогнозирования эффективности очистки газовых выбросов в достаточно важном для промышленной практики классе аппаратов.
Основное внимание уделено математическим аспектам создания моделей и их связи с физическими особенностями конкретного процесса улавливания.
Цель работы. Целью работы являлся создание методики расчета эффективности сепарации дисперсных частиц в циклонных вихревых камерах на основе теоретически обоснованной и экспериментально подтвержденной математической модели изучаемого процесса.
В ходе выполнения работы рассматривались следующие задачи:
выполнен анализ известных конструкций объектов химической техники, в которых находят применения вихревые циклонные камеры;
сформулированы особенности работы вихревых циклонных камер, используемых для сепарации дисперсных частиц;
теоретически и экспериментально изучены особенности аэродинамики вихревых циклонных камер, и показано что в них могут возникать вторичные
вихри, которые оказывают значительное влияние на эффективность сепарации дисперсных частиц;
впервые построена математическая модель движения дисперсной частицы в вихревой камере, учитывающая особенности изучаемого процесса, в частности, наличие вторичной циркуляции газа и его радиального стока;
разработана методика выбора циклона, которая позволяет выбрать экономически обоснованное техническое решение в условиях конкретного производства, и обеспечить наибольшую эффективность сепарации дисперсных частиц.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально доказано, что в вихревой камере возникают вторичные вихревые потоки (вихри) газа, которые оказывают существенное влияние на характер движения дисперсных частиц.
На основании предложенной модели движения дисперсных частиц в вихревой камере впервые показано, что:
при определенном размере частицы и вихревой камеры на фазовом портрете имеет место устойчивая область притяжения (аттрактор). С увеличением скорости циркуляции и размера частицы аттрактор смещается к внешней стенке вихревой камеры;
при постоянной интенсивности вторичной циркуляции существует такой критический размер частиц, при достижении которого она перестает зависать и достигает наружной стенки вихревой камеры. Можно говорить о некоторой потере устойчивости;
начальное положение частицы оказывает существенное влияние на характер ее движения и при определенных начальных условиях она может достичь внутренней стенки вихревой камеры, двигаясь в обратном направлении.
Практическая ценность. Разработан алгоритм расчета эффективности циклонов. Предложена научно обоснованная методика выбора циклона, которая позволяет принять оптимальное решение исходя из достижимой эффективности улавливания частиц различного размера, а также с учетом приведенных затрат на создание и эксплуатацию установки из одного или нескольких циклонов.
Разработанная методика выбора циклона была использована при проектировании системы доочистки топливного газа от механических примесей на Лянторской базе производственного обслуживания ОАО «Сургутнефтегаз».
Достоверность научных положений, результатов, выводов, приве-денных_в диссертационной работе, достигнута за счет: сочетания формальных и неформальных методов исследования; использования методов, адекватных природе изучавшихся процессов и явлений; обобщения накопленного опыта работы по процессам улавливания дисперсных частиц в вихревых циклонных камерах; верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, широко используемых в теории движения дисперсных материалов и методов статистического моделирования; непротиво-
речивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем, а также проведения оценки адекватности разработанной модели.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «Машины и аппараты химических производств» Санкт-Петербургского государственного технологического института технического университета), и на международной научной конференции ММТТ-22, 2009г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ в том числе одна работа в журнале рекомендуемом ВАК.
Обі.см работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками. Библиография включает .109 наименований, в том числе 7 иностранных источника.
