К вопросу энергосбережения в абсорбционных аппаратах осушки воздуха

Автор: Кувшинов Н.Е.

Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j

Рубрика: Основной раздел

Статья в выпуске: 4 (22), 2017 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена проблеме очистки и осушки высокопотенциальных промышленных вентиляционных выбросов. Предложена инновационная конструкция энергосберегающего аппарата осушки высокопотенциальных вентиляционных выбросов. Представлены критериальные зависимости, описывающие процессы гидродинамики и тепломассообмена в абсорбционном вращающемся теплообменника для осушки вентиляционных выбросов.

Промышленные вентиляционные выбросы, осушка вентиляционных выбросов, гидродинамика, тепломассообмен, теплообменник, абсорбция, критериальные уравнения

Короткий адрес: https://sciup.org/140271304

IDR: 140271304

Текст научной статьи К вопросу энергосбережения в абсорбционных аппаратах осушки воздуха

Одним из актуальных вопросов энергосбережения в промышленности является задача очистки промышленных (в том числе и вентиляционных) выбросов и одновременного использования их теплоты в системах утилизации. Для обезвреживания отходящих газов от газо- и парообразных токсичных веществ применяют абсорбционные, адсорбционные, каталитические, термические и конденсационные методы.

Широко известные способы снижения влагосодержания воздуха применимы при незначительных диапазонах температур и влажности, характерных  для  выбросов систем общеобменной вентиляции.

Использование тех же методов осушки воздуха для промышленных выбросов с температурой выше 40оС и влагосодержанием до 280 - 300 г/кг не приводит к желаемому результату или требует значительных капитальных затрат. Поэтому изыскание эффективного и оптимального варианта по степени осушки воздуха и экономичности представляет актуальную задачу [1; 2, С. 201-202].

Одним из эффективных средств очистки выбросов от газообразных загрязнителей на настоящее время является адсорбция. В условиях интенсификации промышленного производства неуклонно повышаются требования к состоянию воздушной среды в производственных помещениях и атмосфере. Поэтому остро встает необходимость разработки инновационных конструкций, отличающихся высокой энергоэффективностью и обеспечивающих нормировано–качественные показатели осушки воздуха.

На кафедре «Теплогазоводоснабжение» Юго-Западного государственного университета была разработана инновационная конструкция абсорбционного регенеративного вращающегося теплообменника с регулярной насадкой из пластин с абсорбирующим веществом на теплоаккумулирующем цилиндре, поперечно омываемом потоком теплоносителя (рисунок 1) [3, 4].

Абсорбционный регенеративный вращающийся теплообменник состоит из разделенных перегородкой 3 двух емкостей: верхней 1 для вентиляционных выбросов и нижней 2 для адсорбирующей жидкости. Теплообменная поверхность регенератора выполнена из пластин 4. покрытых пленкой с абсорбирующим веществом, расположенных на теплоаккумулирующем цилиндре 5, или барабане. Длина каждой пластины меньше ширины каналов приточного и удаляемого воздуха на 5–10 мм.

Вращение барабана вокруг оси 7, соединенной с цилиндром 5 посредством стержней 6 и расположенной в плоскости перегородки 3, осуществляется под воздействием воздушных потоков на продольные пластины 4 цилиндра 5. Высота продольных пластин равна 1–1,5 диаметра теплоаккумулирующего цилиндра 5, толщина 1–1,5 мм обеспечивает их жесткость в работающем аппарате.

Рисунок 1. Абсорбционный регенеративный вращающийся теплообменник: 1 – верхняя емкость для пропуска потока воздуха; 2 - емкость, заполненная абсорбирующей жидкостью (LiCl); 3 – перегородка; 4 – пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом; 5 – канал притока вентиляционного воздуха; 6 – канал удаления вентиляционного воздуха; 7 – ось; 8 – продольные ребра; 9 – теплоаккумулирующий цилиндр.

Пластины 4 цилиндра 5 в верхнем канале 1, поглощают каплеобразную влагу из вентиляционного воздуха, нагреваются и в результате непрерывного вращения барабана, перемещаются в нижний канал, где на пленке из абсорбирующего вещества происходит регенерация поверхности пластин.

Интенсивность тепломассообмена в канале удаляемого воздуха обеспечивается высокой периодичностью абсорбционно–десорбционного процесса на пластине, покрытой пленкой с абсорбирующим веществом в результате действия сил поверхностного натяжения, тяжести и центробежной, а также образованием дополнительной поверхности конденсации – капель,  срывающихся  с пластин и падающих в абсорбирующую жидкость. Кроме того вращение насадки рассматриваемого аппарата усиливает турбулентность внешнего потока теплоносителя [4]. Это, в свою очередь, значительно влияет на теплообмен даже в условиях развитого турбулентного течения в пограничном слое [5] и заметно повышает эффективность тепломассообмена в регенеративном абсорбционном теплообменнике.

Пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом, могут быть выполнены полностью из металла высокой теплоемкости с покрытием их мипластом.

При проведении экспериментальных исследований на опытной установке     (абсорбционном     регенеративном     вращающемся теплообменнике) и последующей обработке полученных данных были определены следующие критериальные уравнения, описывающие гидродинамические и тепломассообменные процессы в абсорбционном аппарате с вращающейся насадкой [5, С. 132-166]:

Eu = 2,86 ■ Re -0,19

Nu = 0,191- Re0,67 ■ Pr0,36

Nu = 0,191- Re0,67 ■ Pr o,36

DID

Выводы Проведенный анализ показал необходимость разработки конструкций, обеспечивающих как энергосберегающие процессы очистки вентиляционных выбросов, так и нормировано–качественные показатели осушки воздуха.

Разработана конструкция энергосберегающего аппарата осушки высокопотенциальных вентиляционных выбросов.

Получены критериальные зависимости, описывающие процессы гидродинамики и тепломассообмена в абсорбционном вращающемся теплообменнике для осушки вентиляционных выбросов.

Список литературы К вопросу энергосбережения в абсорбционных аппаратах осушки воздуха

  • Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Моделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ. - 2016.- №6 (76). - С. 72-74.
  • Москаленко Н.И., Мисбахов Р.Ш., Ермаков А.М., Гуреев В.М. Моделирование процессов теплообмена и гидродинамики в кожухотрубном теплообменном аппарате. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2014. - № 11-12. - С. 75-80.
  • Misbakhov R.Sh., Moskalenko N.I., Gureev V.M., Ermakov A.M. Heat transfer intensifiers efficiency research by numerical methods. // Life Science Journal. - 2015. - Т. 12. № 1S. - С. 9-14.
  • Гуреев В.М., Гортышов П.Ю., Калимуллин Р.Р. Развитие научно- технической базы экспериментальных исследований теплогидравлических характеристик отопительных приборов. // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2010. - № 3. - С. 46-49.
  • Лаптев А.Г., Афанасьев Е.П., Фарахов М.И. Повышение надежности и эффективности тепло- и массообменных установок за счет очистки теплоносителей от вредных ппримесей.// Энергетика Татарстана. - 2016. -№ 2 (42). - С. 45-48.
  • Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Модели и расчет коэффициентов турбулентной вязкости и перемешивания в жидкой фазе барботажного слоя. // Вода: химия и экология. - 2014. - № 11 (77). - С. 42-47.
  • Kopylov A.M., Ivshin I.V., Safin A.R., Misbakhov R.S., Gibadullin R.R. Assessment, calculation and choice of design data for reversible reciprocating electric machine. // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - Т. 10. № 12. - С. 31449-31462.
  • Литвиненко Р.С., Павлов П.П., Гуреев В.М., Мисбахов Р.Ш. Оценка технического уровня сложных систем на этапе разработки. // Вестник машиностроения.- 2015.- № 6.- С. 35-39.
Еще
Статья научная