CC BY
104
УДК 690-502.7
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ РАЗРАБОТАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ОЧИСТКЕ ВОЗДУХА ОТ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ПЫЛИ
Е.А. Рудыка, Е.В. Батурина, О.А. Семенихин, И.Н. Матющенко
Установлены основные закономерности процесса улавливания пылевидных пищевых продуктов в разработанном мокром пылеуловителе. Определен общий характер изменения брызгоуноса из аппарата в зависимости от скорости воздушного потока и уровня жидкости, получены соответствующие расчетные уравнения в безразмерном виде
Ключевые слова: пыль, очистка, пищевая промышленность
Аэродинамические методы производства широко используются в настоящее время в технологии сыпучих пищевых продуктов. Но при своем осуществлении они требуют высокоэффективного пылеулавливания, как с точки зрения охраны окружающей среды, так и для сокращения потерь ценного продукта соответствующего производства [1].
При этом крупной проблемой являются потери продукции на стадии производства в связи с несовершенством очистки выбросов мелкодисперсных пылевидных фракций. Очистка воздушных выбросов при ведении ряда технологических процессов часто производится с использованием центробежно-
инерционных устройств сухого и мокрого пылеулавливания [2,3].
Анализ опубликованного ранее материала по проблеме мокрого пылеулавливания применительно к пищевым пылям и соответствующим технологиям показал, что во многих случаях экономически перспективно применение мокрых центробежно-инерционных пылеотделителей с внутренней циркуляцией воды и самоорошением.
Однако, широкое применение данного направления мокрого пылеулавливания ограничивается недостаточно высокой эффективностью очистки или значительными гидравлическими сопротивлениями (повышенными энергозатратами).
Поэтому проблему повышения эффективности и экономичности системы мокрой очистки отработанного воздуха от пылевидных пищевых продуктов можно
Рудыка Елена Александровна - ВГТА, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 253-10-76
Батурина Елена Вячеславовна - ВГТА, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 253-10-76
Семенихин Олег Александрович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-76-70
Матющенко Ирина Николаевна - ВГТА, ст. преподаватель, тел. (473) 253-10-76
свести к задаче разработки качественно нового типа аппаратов, отвечающих требованиям пищевого производства. При этом необходимо надежно обеспечить предельно допустимые выбросы и возможность увеличения выпуска пищевого продукта за счет возвращения уловленной пыли (в виде раствора) в технологический поток.
Нами проводились исследования работы системы очистки воздуха при производстве пищевых порошков методом распылительной сушки. В качестве первой ступени очистки был использован конический циклон типа СИОТ. В качестве второй ступени очистки была внедрена разработанная нами установка для мокрой очистки воздуха, которая работает следующим образом.
Загрязненный воздушный поток под давлением подается во входной патрубок и, проходя через газо-жидкостный инжектор, создает в районе входа патрубка пониженное давление, под действием которого очищающая жидкость из корпуса всасывается по соединительному патрубку и смешивается с загрязненным воздушным потоком. Затем, благодаря тангенциальному расположению инжектора, выходя из его полости, поток закручивается по спирали и опускается вниз.
Во внутреней полости инжектора и цилиндрической части корпуса тонко распыленная очищающая жидкость перемешивается с воздушным потоком. При этом в активном объеме аппарата создается высокоразвитая поверхность контакта фаз, происходит коагуляция частиц и придание им гидрофильных свойств, что способствует эффективной очистке газа.
Очищенный воздух проходит каплеуло-витель и удаляется через патрубок для отвода очищенного газа. Очищающая жидкость по стенкам корпуса стекает в бункер корпуса.
При работе очистного оборудования было необходимо надежно обеспечить предельно допустимые выбросы и возможность увеличе-
ния выпуска пищевого продукта за счет возвращения уловленной пыли (в виде раствора) в технологический поток.
Для экспериментальной проверки эксплуатационных показателей разработанной установки и оценки ее конструктивных особенностей проводились также экспериментальные исследования гидравлического сопротивления в зависимости от уровня очищающей жидкости в аппарате и входной скорости.
Исследование гидравлического сопротивления газожидкостного слоя проводилось с использованием теории подобия и размерностей [4]. В общем случае гидравлическое сопротивление математически можно выразить через число Эйлера Ей :
Ей = /(Яе г; Яе ж; Же; Аг; Ргт; Г),
где Яе г, Яе ж - критерий Рейнольдса для газа и жидкости соответственно; Же - критерий Вебера; Аг - симплекс Архимеда; Егт - критерий Фруда; Г - симплекс геометрического подобия.
При этом решающее значение имеют факторы, которые можно учесть критериями Яег > РГш и безразмерным комплексом Н / ё. Влияние остальных критериев в данном случае можно учесть введением в общее уравнение коэффициента К:
АР / рг V2 г = (2 В/2от/г) (У2 г В/уТ ) (Н / ё)с
где АР - гидравлическое сопротивление, Па; рг - плотность газа, кг/м3; Уг - коэффициент кинематический вязкости, м3/с; Уг - скорость газа в полном сечении аппарата, м/с; w - угловая скорость потока, рад/с; В - диаметр аппарата, м; ё - диаметр выходного патрубка для отвода очищенного газа, м; Н - расстояние от уровня очищающей жидкости до выходного патрубка, м.
После обработки экспериментальных данных общее уравнение для расчета гидравлического сопротивления аппарата принимает следующий вид:
АР/ргV2г = 117(»'2ВПпу,)°1М •
•2 В/ут) (Н / ё )-01*1
Уравнение справедливо при H / d = 0,1 -1,4 и Re= 4,6 х104 - 15* 104. Погрешность не превышает 13 %.
Из анализа представленных данных следует, что гидравлическое сопротивление возрастает с уменьшением расстояния от нижней части выхлопной трубы до поверхности жидкости и увеличением скорости потока воздуха.
Для определения благоприятных гидродинамических условий взаимодействия воздушного потока с очищающей жидкостью были проведены также экспериментальные исследования процесса брызгообразования и брызгоуноса. При этом определяли относительный брызгоунос, представляющий собой отношение количества жидкости, задержанной каплеуловителем на выходе из аппарата, к общему количеству залитой в установку жидкости. Исследования брызгоуноса проводились при постепенном увеличении уровня жидкости в аппарате.
В общем виде изменение относительного брызгоуноса можно представить следующим образом
U = f (Reг ; Re^ ; We; Ar; Fr; Г).
Для системы воздух-вода в данном случае влияние критериев We; Ar; Fr; Г может быть учтено общим коэффициентом K, так как в нашем случае Re ж = f (Re г ; H / d), то можно записать:
U = K Re m г (H / d )n.
Если в качестве характерного линейного размера в контактных аппаратах применяют его эквивалентный диаметр, необходимо с учетом критерия Фруда вместо Re г используют Rev = Уг3 ЛУг g).
Тогда получим следующее выражение:
U = K (y3/(vr g ))m (H / d ),
где g - ускорение свободного падения, м2/с.
Математическая обработка опытных данных по определению величины брызгоуно-са позволила получить критериальное уравнение в явном виде:
U = 0.08(у3/(^г g ))0043 (H / d )■”
Уравнение справедливо при Н / ё = 0,3 -1,2; у3ЛУг g ) = 5х103 - 106.
Погрешность уравнения не более 15 % и объясняется в основном погрешностью измерения каплеуноса.
Брызгоунос увеличивается при уменьшении комплекса Н / ё . Причем, интенсивность его при этом значительно возрастает с увеличением Яе.
Дальнейшие исследования проводились с целью выявления эффективности пылеулавливания установки при изменении скорости подаваемого запыленного воздуха, изменении расстояния от уровня очищающей жидкости до выходного патрубка очищенного воздушного потока Н и изменении угла наклона выходного патрубка пылеуловителя. В результате эксперимента на прмере свекольно-паточной пыли выяснено, что характер зависимости эффективности пылеулавливания установки от комплекса Н / ё примерно одинаков при различной входной скорости.
При этом наибольшая эффективность очистки достигается при следующих условиях: отношение диаметра выходного патрубка для отвода очищенного газа ё к выходному диаметру входного патрубка В должно быть в пределах 0,5-0,7, а отношение расстояния от
уровня очищающей жидкости до выходного патрубка H к диаметру выходного патрубка d - в пределах 0,3-0,5.
Средняя эффективность предложенной системы очистки составляла 98 %, что приводит к надежному обеспечению санитарных норм, значительному экономическому и социальному эффекту.
Установлено, что в результате использования разработанной установки достигается экономия энергозатрат и обеспечение малого расхода очищающей жидкости. Полученные данные удобно использовать при проектировании соответствующих аппаратов.
Литература
1. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под. ред. А.А. Русанова. - М.: Энергиздат, 1988.
- 312 с.
2. Очистка воздуха и обезвреживание отходящих газов / Под ред. Ю. И. Шумяцкого. - Пенза, 2001. - 128 с.
3. Оборудование для борьбы с пылью (Перевод ВЦП - N Л-46261). - Milling, 1999. - N 7. - P. 33-36.
4. Белевицкий Н. А. Проектирование газоочистных сооружений [Текст] /. Н. А Белевицкий.-М.: Химия, 2002. - 288 с.
Воронежская государственная технологическая академия Воронежский государственный технический университет
THE DESIGN OF DUST COLLECTORS USE IN CLEAN AIR FROM FINE DUST
E.A. Rudyka, E.V. Baturina, O.A. Semenihin, I.N. Matjushchenko
The basic laws of the captured dust food in the developed wet scrubbers. The general nature of the change entrainment equation of the device depending on the speed of the air flow and liquid level corresponding to the estimated equations are obtained in dimensionless form
Key words: clean, dust, food industry
