Экология/4. Промышленная экология

Раматуллаева Л.И.

Академический инновационный университет, Казахстан

Волненко А.А., Хусанов Ж.Е.

Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова, Казахстан

Оценка методов моделирования процессов пылеулавливания при снижении техногенного воздействия выбросов производства хромового ангидрида

Многие технологические процессы в различных отраслях промышленности сопровождаются выделением пыли или аэрозолей. Среди известных механизмов осаждения пыли в двухфазной среде: инерционное, ударное, центробежное, электростатическое, вихревое наиболее предпочтительными являются ударный, центробежный и вихревой механизмы, позволяющие организовать осаждение пыли и аэрозолей за счет сил инерции, центробежной силы и создания вихревого взаимодействия потоков.

В настоящее время созданы и успешно эксплуатируются аппараты ударно-инерционного действия с регулярной подвижной насадкой, сочетающие механизмы ударного и вихревого взаимодействия потоков. Это приводит к существенной интенсификации процессов пылеулавливания при сравнительно низких энергозатратах.

Для описания процесса пылеулавливания используются методы моделирования, базирующиеся на определении суммарной эффективности улавливания частиц под воздействием различных механизмов осаждения (инерционного и диффузионного) [1]

h_общ = 1 – (1 –h_Stk ) (1 – h_D), (1)

где h_Stk, h_D – эффективность улавливания частиц за счет инерционного и диффузионного осаждения.

Общее уравнение для определения эффективности инерционного осаждения пыли [2]:

, (2)

где А=3,2 – коррелирующий опытный коэффициент; U_г – истинная скорость газа м/с; t_в – вертикальный шаг между насадочными элементами; Re_отн – число Рейнольдса; Stk- число Стокса.

Степень пылеулавливания по диффузионной модели рассчитываем по формуле:

h_D=1-(1-h¢)×(1-h¢¢) (3)

Эффективность пылеулавливания зоны ижекции h¢ и насадочной зоны h¢¢ определим по формулам:

, (4)

, (5)

где , – опытные коэффициенты, равные соответственно =6,9; =3,57; W_пат- скорость газа во входном патрубке, м/с; d_к1 – диаметр капель в зоне эжекции, м; D¢_т, D¢¢_т- коэффициенты турбулентной диффузии зоны эжекции и насадочной зоны, м²/с.

Кроме того, для описания процесса пылеулавливания нами предложен энергетический подход, основанный на определении затрат энергии газожидкостного потока на создание развитой межфазной поверхности [3].

Для определения диаметра частиц, улавливаемых на 50%, получено уравнение:

, (6)

а для расчета степени очистки уравнение:

(7)

С целью определения адекватности математического моделирования процесса улавливания вредных пылевых выбросов, нами использованы результаты промышленных испытаний аппарата ударно-вихревого действия с насадочными элементами в виде конических пластинчатых завихрителей.

Использование насадочных тел, выполненных в виде конических пластинчатых завихрителей, приводит к возникновению центробежной силы, способствующей вращению образованных тороидальных вихрей, созданию высокоразвитой межфазной поверхности, позволяющей значительно интенсифицировать протекающий в газоочистном аппарате технологический процесс.

Аппарат с ударно- вихревым взаимодействием потоков прошел промышленные испытания в схеме очистки аэрозольных выбросов в производстве хромового ангидрида АО «Актюбинский завод хромовых соединений» [4].

Существующая технологическая схема очистки газов была существенно реконструирована. В процессе реконструкции рабочая зона большого скруббера оставалась полой с одним ярусом орошающих форсунок в верхней части скруббера. Вместо двух малых скрубберов установлен аппарат ударно-вихревого действия с коническими пластинчатыми завихрителями. Кроме того, удалены все форсунки в газоходах. Установленный аппарат ударно-вихревого действия, представляет собой пылеуловитель скрубберного типа, работающий в режиме противотока. Аппарат имеет диаметр 1,2м, высоту насадочной зоны – 1,5м и общей высотой – 5,0м.

Результаты, полученные при испытании, имеют следующие предельные значения параметров: расход газа 11500¸16800нм³/ч; температура газа – после первого скруббера 70¸75^оС, после второго - 50¸55^оС; концентрация улавливаемых компонентов (в пересчете на хром) – после первого скруббера 0,7¸3,65г/м³; после второго – 0,0117¸0,275г/м³; степень очистки (по концентрациям в санитарной трубе) – до 99,9%.

Диаметр частиц d_ч, мкм.

t_в/d_р=3,6; t_р/d_р=2; d_р=0,1м; W_г=4м/с; h₁=+0,01м.

1 – расчет по энергетической модели;

2 – расчет по инерционно-диффузионной модели;

точки – эксперимент.

Рисунок 1 – Зависимость фракционной эффективности h аппарата

с ударно-вихревым взаимодействием потоков от диаметра частиц d_ч пыли

хромового ангидрида.

Полученные в ходе промышленных испытаний данные, показывают высокую эффективность очистки улавливаемых компонентов и достаточно низкие энергозатраты.

Проведенные исследования фракций пыли хромового ангидрида показали следующий процентный состав:

Диапазон изменения размеров твердых частиц пыли хромового ангидрида, мкм	0,5-1,0	1,0-2,0	2,0-5,0
Процентное содержание фракций пыли, %	16	48	36

Как видно из этих данных, в общем объеме пыли преобладают частицы размером 1,0-2,0мкм и 2,0-5,0мкм.

Для проверки адекватности моделей инерционно-диффузионного осаждения твердых частиц и предлагаемой нами модели, были проведены расчеты, общей эффективности пылеулавливания, которые сопоставлены с экспериментальными данными. Исходный уровень жидкости от среза патрубки был установлен на h₁=0м, однако за счет дополнительного орошения через форсунки h₁ составил +0,01м. Результаты сопоставления приведены на рисунке 1.

Как видно из рисунка результаты расчета по предлагаемой методике и модели инерционно-диффузионного осаждения близки во всем диапазоне изменения диаметра твердых частиц. В нижнем пределе вычисления по энергетической модели несколько ниже, тогда как в верхнем пределе вычисленные значения несколько превышают данные полученные по инерционно-диффузионной модели. Вместе с тем энергетическая модель в точках, соответствующих экспериментальным исследованием имеет погрешность до ±10%.

Таким образом, оценка методов моделирования процессов пылеулавливания при снижении техногенного воздействия выбросов производства хромового ангидрида показала хорошую сходимость расчетных и экспериментальных данных по моделям инерционно-диффузионного осаждения и на основе энергетического подхода, однако вторая модель является более простой для инженерных расчетов.

Литература

1 Ескендиров М.З., Киыкбаев Б.А., Раматуллаева Л.И. Диссипативный подход к определению эффективности осаждения аэрозолей в турбулентных газокапельных потоках //Наука и образование Южного Казахстана. – 2005. - №4(44). – С.58-61.

2 Бекибаев Н.С., Раматуллаева Л.И., Волненко А.А. Моделирование инерционного осаждения твердых частиц в аппарате с ударно-вихревым взаимодействием потоков //Межд. научно-практ.конф. «Химия в строительных материалах и материаловедение в XXI веке», 2008.-С.68-76.

3 Раматуллаева Л.И., Балабеков О.С., Волненко А.А. Исследование и расчет параметров пылеулавливания в аппарате с ударно-вихревым взаимодействием потоков //Вестник МКТУ им. Х.А.Ясави. - 2008. - №2. - С.66-71.

4 Раматуллаева Л.И., Волненко А.А., Балабеков О.С., Хусанов Ж.Е. Снижение техногенного воздействия аэрозольных выбросов при производстве хромового ангидрида //Межд.экологический симпозиум-2009. 20-23 мая 2009г. Бишкек, Кыргызско-Турецкий университет «Манас», Кыргызстан.- 10с.

Добрый день , Раматуллаева Л.И. Ваша работа принята!

Название секции: ЭКОЛОГИЯ. Промышленная экология и медицина труда

Авторы: Раматуллаева Л.И.

Название работы: Оценка методов моделирования процессов пылеулавливания при снижении техногенного воздействия выбросов производства хромового ангидрида

Количество страниц: 6

Количество сборников: 1

Страна: Казахстан

Мобильный телефон: 87017267112

Почтовый адрес: Раматуллаева Л.И., АИУ, кафедра Экология, ул.Байтурсынова , 13, г.Шымкент, Казахстан, инд. 160012

E-mail: d142301@mail.ru

Название конференции: Дни науки

Реквизиты для оплаты: Получатель: ТОО Уралнаучкнига , р/с 007467050 в УФ АО Казкоммерцбанка , БИК 194901706 , РНН 270100227586 , Адрес получателя: г.Уральск , ул.Гагарина 52/1

Сумма к оплате: 3500 казахских тенге ,в том числе почтовая доставка заказным письмом 500 тенге

Счет для оплаты Вы можете заказать по электронной почте info@rusnauka.com или факсу +38 0562 342961. Не оплаченные работы не печтаются , не забудьте в назначении платежа указать фамилии авторов.После оплаты просим выслать на отсканированную копию документа об оплате. После опубликования Ваша работа будет выслана на адрес :Раматуллаева Л.И., АИУ, кафедра Экология, ул.Байтурсынова , 13, г.Шымкент, Казахстан, инд. 160012

Ориентировочный срок публикации в течении 3-4 недели с момента проведения конференции.

Справки по телефонам +38 0562 357819 , +38 056 3701313 , e-mail: info@rusnauka.com