Оптимизация скорости газового потока и размера распределительного диска в
аппарате с двумя зонами контакта фаз.
ЮКГУ им.М.Ауезова, г.Шымкент, МКТУ, им. Х.А. Ясави г.Туркестан
Абдукаримова У., Ерменов С.М., Сейтханов Н.Т., Жусупалиев М.А, Мейрбеков А.Т.,
Куттыбаев Ж.А.
Для увеличения степени взаимодействия газа с жидкостью и
оценки протекающих
гидродинамических процессов в пылегазоулавливающих аппаратах с двумя зонами контакта фаз использован структурно-поэлементный подход,
сформулированный академиком Балабековым О.С. Идеей данного подхода является рассмотрение каждой зоны
контакта фаз по отдельности.
В
работе была поставлена задача определения оптимального размера
распределительного диска, который позволяет снизить гидравлическое
сопротивление и увеличить степень взаимодействия газа с жидкостью. Для
реализации этой задачи сконструирована экспериментальная установка представленная
на рисунке 1.
Определяющим
параметром проведения данного исследования является толщина пленки стекающей по
поверхности распределительного диска и длина стекающих струй.
Исследование
толщины пленки жидкости, движущейся по поверхности распределительного диска,
проводилось в однофазном режиме, а длина стекающих струй – в двухфазном режиме
взаимодействия фаз.
Принцип
работы экспериментальной установки при однофазном режиме исследования
заключается в следующем.
Жидкость из напорного бака 6 поступает в
регулируемый сливной патрубок 2 и вытекает из кольцевой щели между кромкой
сливного патрубка 2 и распределительным диском 3. Далее она проходит
определенное расстояние в прямом направлении и в зависимости от силы свободного
падения, постепенно падая вниз, соударяется со стенкой колонны 1. Оттуда в
виде стекающей пленки жидкости, брызг и капель поступает в циркуляционный бак
4. Подача жидкости из циркуляционного бака 4 в напорный бак 6 осуществляется
насосом 5.
При двухфазном режиме взаимодействия фаз
воздушный поток, нагнетаемый вентилятором 8, направляется вверх по колонне 1 и, соударяясь с перекрывающей поперечное сечение колонны 1
плоской кольцевой пленкой (струей) жидкости, вытекающей из щели между кромкой
регулируемого сливного патрубка 2 и распределительным диском 3, меняет свое
направление в сторону движения жидкости. Далее, проходя у стенки
колонны через завесу, в виде брызг и
капель (рисунок 2) устремляется к выходному патрубку колонны 1, а затем через
шибер 7 и вентилятор 8 направляется в атмосферу.
Жидкость из напорного бака 6 поступает в
регулируемый сливной патрубок 2 и вытекает из кольцевой щели между кромкой
сливного патрубка 2 и распределительным диском 3 в виде кольцевой пленки
жидкости, перекрывая поперечное сечение колонны 1, и соударяется со стенкой колонны 1, при этом образуется завеса
брызг и капель. Оттуда под действием
силы тяжести в виде стекающей пленки жидкости, брызг и капель поступает в
циркуляционный бак 4. Подача жидкости из циркуляционного бака 4 в напорный бак
6 осуществляется насосом 5.
Расход воздушного потока регулируется
шибером 7 по показаниям измерительного комплекса, включающего в себя
камерную диафрагму, мембранный дифманометр и вторичный показывающий прибор.
Расход жидкости
регулировали вентилем по показаниям
показывающего прибора ДСР в
комплекте с диафрагмой и дифференциальным манометром.
Для измерения температуры жидкости и
воздушного потока установка
укомплектована термометрами с ценой деления 0,10 С.
1- колонна; 2- регулируемый сливной патрубок;
3- распределительный
диск; 4- циркуляционный бак; 5- насос; 6- напорный бак; 7-
шибер;
8-
вентилятор.
Рисунок 1. Схема экспериментальной установки по изучению гидродинамики
стекающей пленки жидкости по поверхности
распределительного диска.
Обозначение
линий:
- воздушный поток;
- жидкость.
Рисунок 2. Механизм взаимодействия фаз
Толщина пленки dпл и диаметр капли определялись
методом «лазерного ножа», для чего на одной стороне колонны устанавливалось
матовое стекло. Съемка проводилась с противоположной от матового стекла стороны
стенки. Источником излучения служил гелий-неоновый лазер ЛГ-52. Съемка
производилась фотоаппаратом «Зенит ТТЛ» с объективом «Гелиос-44м». Обработку
полученных данных производили с помощью проекционной аппаратуры.
Длину полета Lстр определяли визуально с помощью приспособления с сеткой, со шкалой деления по горизонтальным
и вертикальным линиям и наклонной линией под переменным углом, а также
фиксировали с помощью фотосъемки.
Результаты исследования по
определению толщины пленки, стекающей по поверхности
распределительного диска представленный на рисунке 3 показывает, что оптимальным диаметром диска является
0,1 м, т.к. при увеличении диаметра диска снижение толщины пленки незначительно.
Правильность выбора данного диаметра диска подтверждается результатами
представленными на рисунке 4.
Диаметр диска, dд,
м
Обозначения экспериментальных точек и кривых, построенных
по уравнению
Рисунок 3
Зависимость толщины пленки от диаметров диска при
различных высотах щели.
Диаметр диска, dд,
м
Обозначения
экспериментальных точек и кривых
1- Q=
0,0006 м3/с; 2- Q=
0,0011 м3/с; 3-Q=
0,0014 м3/с.
Рисунок 4. Зависимость толщины
пленки от диаметра диска при
различных расходах
жидкости.
Согласно рисунка 5 наибольшая длина полета струй, способствующая
увеличению степени взаимодействия газа
с жидкостью и проводящая к увеличению
контакта фаз наблюдается при скорости газа Wг
= 4 м/с. Принимая во внимание, что длина полета струй при
скорости газа Wг = 3,2 м/с незначительно ниже, а
энергозатраты меньше, можно принять оптимальной скорость газа для
проведения процесса равной Wг = 3,2 м/с.
Расход жидкости, Q·104, м3/с
dд= 0,1 м; hщ= 0,014 м.
Обозначения
экспериментальных точек и расчетных кривых,
1- Wг= 2,4 м/с; 2- Wг= 3,2 м/с; 1- Wг= 4,0 м/с.
Рисунок 5. Зависимость длины
полета струи от расхода жидкости
при различных скоростях газа в колонне
На основании проведенных экспериментальных исследовании определено,
что эффективность процесса
пылеулавливания и массообмена, низкая энергоемкость в аппарате с двумя зонами
контакта фаз может быть достигнута при скорости газа Wг
= 3,2 м/с и диаметре
распределительного диска равном 0,1 м.
Литература
1. Б. С. Сажин, Л. М. Кочетов, А. С. Белоусов. УДЕРЖИВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И СТРУКТУРА ПОТОКОВ
В ВИХРЕВЫХ АППАРАТАХ. Журнал ТОХТ том 42, № 2, Март-Апрель 2008, С. 135-145.
2. В. Ф. Бойко, В. В. Гостищев, Л. А. Климова. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ
АППАРАТОВ С ВОСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ. Журнал
ТОХТ том 41, № 4, Июль-Август 2007, С. 426-429
3. C. В. Алексеенко, Д. М. Маркович, А. Р. Евсеев, А. В. Бобылев, Б.
В. Тарасов, В.М. Карстен. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
В КОЛОННЕ СО СТРУКТУРНЫМИ НАСАДКАМИ. Журнал ТОХТ том 41, № 4, Июль-Август 2007,
С. 442-448