Роторный распылительный пылеуловитель
Автор: Нечаева Е.С.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств
Статья в выпуске: 4 (58), 2013 года.
Бесплатный доступ
Приведены результаты исследований гидравлических сопротивлений, брызгоуноса и эффективности пылеулавливания в роторном распылительном пылеуловителе. Исследовано влияние частоты вращения распылителя, приведенной скорости газа и диаметра распыливающих отверстий на гидравлические сопротивления, величину брызгоуноса и эффективности пылеулавливания в аппарате диаметром 0,25 м. В качестве модельной жидкости использована вода. Представлены результаты математической обработки.
Гидравлическое сопротивление, брызгоунос, эффективность пылеулавливания скорость газа и жидкости, роторный распылительный пылеуловитель, диаметр распыливающих отверстий
Короткий адрес: https://sciup.org/14040157
IDR: 14040157
Текст научной статьи Роторный распылительный пылеуловитель
Очистка промышленных газов от пыли пищевых продуктов является актуальной проблемой в ряде отраслей пищевой промышленности и перерабатывающих отраслях АПК [1-5]. Например [1-2], потери сухого молока в сушильных установках типа BРA-4, RS-1000, предусмотренные техническим паспортом, составляют 4 % от производительности сушилки, но могут достигать и значительно больших величин. Кроме экологической и санитарно-гигиенической эта проблема имеет существенную экономическую значимость – теряются десятки тонн готового продукта, что отражается на рентабельности и размерах прибыли предприятий.
Выбор конструкции пылеуловителя осуществляется с учетом технико-экономических характеристик, физико-химических свойств улавливаемых пылей и их дисперсного состава. B [1-2] отмечается, что более половины массы пыли, образующейся при производстве крахмала, сухого молока, кристаллической глюкозы и др. составляют частицы размером менее 10 мкм. Такие частицы неудовлетворительно улавливаются циклонами [4], которые используют на первой ступени очистки газов, поэтому на второй применяют рукавные фильтры и мокрые пылеуловители.
Рукавные фильтры обеспечивают степень улавливания частиц размером менее 1 мкм не менее 99 % [4]. Однако имеют высокое гидравлическое сопротивление и недостаточную эксплуатационную надежность (вследствие порывов фильтровальной ткани). Кроме
этого осаждаемые на фильтровальной ткани частицы пыли пищевых продуктов подвергаются более длительному термическому воздействию со стороны сушильных газов, что приводит к перегреванию термолабильных составляющих частиц пыли. Вышесказанное ограничивает применение рукавных фильтров на второй ступени очистки сушильных газов.
Мокрый способ пылеочистки рассмотрен в ряде работ, например [1-6] и др. Он имеет свои достоинства и недостатки. Aʜa-лиз технико-экономических показателей мокрых пылеуловителей позволяет сделать следующие выводы [1-6, 8].
Роторные аппараты с внутренней циркуляцией рабочей жидкости обеспечивают степень очистки газов от частиц пыли размером 1-5 мкм на 95-99 % при незначительных удельных энергозатратах и невысокой плотности орошения.
Наличие ротора несколько снижает эксплуатационную надежность по сравнению, например, с полыми скрубберами, которыми оснащены установки Я9 – ОМП – 1, однако затраты на эксплуатацию и ремонт, обеспечивающие их надежную работу, не выше, чем на очистку и эксплуатацию форсунок в полом скруббере [5].
Как отмечается в [5] оснащение систем очистки газов от пыли пищевых продуктов аппаратами «мокрой» пылеочистки роторного типа с внутренней циркуляцией и самоороше-нием позволит снизить потери продукта без существ енного роста его себестоимости.
Основным направлением в совершенствовании аппаратов мокрой пылеочистки следует считать снижение энергозатрат на их работу при повышении фракционной эффективности.
Нами были исследованы основные рабочие характеристики роторного распылительного пылеуловителя (РРП) с внутренней циркуляцией и самоорошением рабочей жидкостью [7]. Исследованы эффективность пыле- очистки, брызгоунос и гидравлическое сопротивление.
В качестве основных модельных пылей использованы пыли: сухого молока, лактозы, сахара. B целях экономии дорогостоящих пылевидных продуктов на первом этапе использовали угольную пыль марки К – коксующийся, взятую с угольного предприятия ОАО ЦОФ «Березовская» г. Березовский, Кемеровская область. Исходные пыли измельчались на вибрационной мельнице МВ-60 с рабочими органами в виде стержней. После каждого прохода измеряли размер частиц на цифровом микро- скопе марки Levenhuk D870T, снабженном программным обеспечением для определения площади поверхности частицы.
Гранулометрический состав полученных пылей представлен в таблице 1. Концентрация пылей задавалась, исходя из требований норм ПДК для каждого продукта, и соответствовала 2,5-10 мг/м3. Использовали дробно - факторный эксперимент, а при работе на угольной пыли реализована методика полно-факторного эксперимента, чтобы более полно установить влияние всех комбинаций факторов планирования на процесс пылеулавливания. Для получения пылей использовался: сахар-песок (ГОСТ 21-94), лактоза (IST 173057512-17.2006 стандарт предприятия Литвы), сухое молоко («Молоко цельное сухое, ГОСТ 449 5-87 Тeх-нические условия»), которое было привезено с ООО «ЛУАНКОС и К», г. Куйбышев Новосибирская обл. Продукт был непосредственно снят с рукавного фильтра.
Таблица 1
Дисперсный состав пылей
Вид пыли |
Содержание частиц пыли (в % от их общего количества) |
Медианный размер частиц, d 50 , мкм |
||||||
<1 мкм |
2 мкм |
3 мкм |
4 мкм |
5 мкм |
6 мкм |
7 мкм |
||
угольная |
65 |
13 |
14 |
3,5 |
2 |
~1 |
~1,5 |
1,4 |
сахарная |
70 |
15 |
11 |
3 |
1 |
- |
- |
1,9 |
лактоза |
96,3 |
3,5 |
0,2 |
- |
- |
- |
- |
1,3 |
Сухое молоко |
81 |
7 |
6 |
2,7 |
2 |
1 |
1,3 |
1,9 |
Методика пылеулавливания принята согласно [4], а именно: пылезаборная трубка, изготовленная по рекомендациям Гинцветме-та, соединена с пылеосадительным циклоном, установленным в специальном трубопроводе, через который с помощью воздуходувки воздух откачивался из воздуховода со скоростью U ап = 1-4 м/с. В пылеосадитетельном циклоне установлен аналитический аэрозольный фильтр АФА ВП 20-1, каждый из которых подсушивался в эксикаторе в течение суток перед и после эксперимента. Фильтр взвешивался до и после запыления на аналитических весах марки ВЛР – 200 класс точности 2. Каждое измерение повторяли по три раза.
При исследовании брызгоуноса был использован сепарационный метод определения количества унесённой жидкости, то есть с помощью выносного инерционного сепаратора. Этот метод достаточно прост и надёжен и широко применяется в экспериментальных исследованиях и на производстве.
Методика измерения гидравлического сопротивления РРП состояла в измерении разности статического давления на входе и выходе. Статическое давление измерялось через дренажные отверстия в стенках газоходов с помощью микроманометра типа ММН-240.
Эксперименты проводились при варьировании параметров в следующих пределах: диаметр диспергирующих отверстий d 0 = 1,42,5 мм с одинаковым окружным (t окр ) и осевым (t ос ) шагом t ос = t окр = 2,5d 0 , отверстия расположены в 6 рядов в шахматном порядке; скорость газа в аппарате U ап = 1-4м/с; частота вращения распылителя задавалась из условий его устойчивой работы и была равна n = 8001000 об/мин, что обеспечивало скорость истечения жидкости в пределах U ж = 3,14-4 м/с. Эксп ерименты выполнены на системе воздух-вода при температуре 18±2 0С.
При исследовании пылеочистки было установлено, что во всем диапазоне варьирования параметров на всех модельных пылях эффективность составляла не менее 99 %.
Обработка опытных данных позволила полу-
П = 98,91 + 0,14 dn + 0,37U + 0,059 C + , ,0, ж , n
+ 0,27 UГ - 0,098 d0Uж + 0,008 d 0 Cn -
-
- 0,04 dnUr - 0,02 U С - 0,0965 U Ur -
-
, 0 Г , жп , жГ
-
- 0,007 С Ur;
пГ чить уравнение для расчета эффективности: R2 = 0,94 (1)
где R2 - - коэффициент корреляции.
Физико-химические характеристики рабочей жидкости (таблица 2) (плотность, ρ ж , кг/м3; вязкость, µ ж *103, Па*с; поверхностное натяжение жидкость, σ ж *103, Н/м) замерены при работе РРП и составили:
Таблица 2
Физико-химические свойства рабочей жидкости
Вид пыли |
ρ ж |
μ ж *l03 |
σ ж *l03 |
кг/м3 |
Па*с |
Н/м |
|
Уголь |
1008 |
1,34 |
68,53 |
Сухое молоко |
886 |
57,1 |
44,75 |
Лактоза |
887 |
50,4 |
40,61 |
Сахар |
1039 |
16,2 |
28,1 |
Результаты исследования брызгоуноса представлены на графиках (рисунки 1-2).
Обобщенная формула для расчета брызгоуноса в исследованном диапазоне изменений параметров имеет вид:
а п /1 < 1 1 A-6 л 2.07 t 71,60 7 t-0,24 .
e = 0,2451 - 10 • d 0 - U ж - U г , ;
R2= 0,942124, кг/кг (2)

Рисунок 1 - Зависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате при d 0 = 2,0 мм.
Из графиков, представленных на рисунках 1 и 2, можно сделать вывод, что с увеличением частоты вращения ротора, то есть увеличением скорости капель факела распы -ленной жидкости, ударное взаимодействие этих кап ель с пленкой жидкости на пристенном каплеотбойнике происходит более интенсивно и количество мелкодисперсных капель, полученных при этом взаимодействии, увеличивается. Эти капли больше подвержены брызгоуносу. Увеличение скорости газовой фазы в аппарате увеличивает брызгоунос. Как следует из (2), d 0 оказывает наибольшее влияние на брызгоунос, что связано с увеличением производительности распылителя.
Во всем исследованном диапазоне относительный брызгоунос (кг жидкости на 1 кг газа) не превышает 0,05, что допустимо [6].
Полученные экспериментальные данные обрабатывались в программе Microsoft Office Excel 2007. Из данных, представленных на рисунке 3, следует, что вращающийся распылитель в неорошаемом (сухом) аппарате создает определенное гидравлическое сопротивление проходу воздуха. Причем с увеличением частоты вращения сопротивление снижается. Данное явление можно объяснить вентиляционным эффектом, создаваемым вращающимся распылителем и крыльчаткой. При скорости воздуха в РРП 3,5 м/с потери напора возрастают на 10-15 % за счет вращения распылителя с частотой n = 900-1000 об/мин.
В целом гидравлическое сопротивление неорошаемого РРП при n = 900 и 1000 об/мин остается невысоким.

Рисунок 2 - 3ависимость брызгоуноса от скорости газа в аппарате.
Сопоставляя данные на рисунках 3 и 4, можно сделать выводы, что А ф в РРП достаточно велико и в несколько раз превышает А Р сух . Как следует из данных на рисунке 4, с увеличением частоты вращения распылителя А Р 0 несколько снижается. На наш взгляд, это можно объяснить вентиляционным эффектом, создаваемым вращающимся распылителем и факелом жидкости.
Математическая обработка данных, представленных на рисунке 3, позволила получить уравнение.
АР„ = 486,5537 + 103,2143 ■ Ua„ - ор ап
-
- 31,8471^ + 0 ■ d 0, Па
R 2 = 0,999 Ж . 0 (3)
где R2 - коэффициент корреляции.
Из анализа уравнения (3) следует, что влиянием d0 на А Р ор можно пренебречь. Учитывая, что ^^сух <*< ^Ор , уравнение (3) можно рекомендовать для расчетной практики
Как показывают данные на рисунке 4, в диапазоне П ап = 1,0... 4,0 м/с гидравлическое сопротивление исследуемого РРП меняется в пределах 460-790 Па.

Рисунок 3 - Зависимость гидравлического сопротивления сухого аппарата от скорости газа Экспериментальные данные: 1 - n = 800 об/мин, 2 n = 900 об/мин, 3 n = 1000 об/мин; 4 n =0 об/мин. Результат математической обработки:
5 Пж=3,14 м/с; 6 - Иж=3,5325 м/с; 7 - Иж=3,925м/с; 8 -n =0 об/мин.

Рисунок 4 - Зависимость гидравлического сопротивления орошаемого аппарата от скорости воздуха (d 0 = 2*10-3 м)
Экспериментальные данные: 1 n = 1000 об/мин, 2 n = 900 об/мин, 3 n =800 об/мин. Результат математической обработки: 4 - Пж=3,925м/с;
5 - П ж =3,5325 м/с; 6 П ж =3,14м/с.
В работе [3] приведены техникоэкономические характеристики мокрых пылеуловителей различных конструкций. Наиболее близким по конструктивному решению является роторный распылительный газопромыватель (РРГ), который имеет лучшие характеристики. Сопротивление РРГ в диапазоне скоростей газа П ап = 1,5... 3,1 м/с составляет А Рор = 150...730 Па. РРП при П ап = 2,5... 3,8 м/с имеет практически одинаковое с РРГ А Рор .
Сумма расходов на работу аппарата складывается из затрат на электроэнергию, на работу системы «мокрой» очистки, стоимости орошающей жидкости, затрат на амортизацию, текущий ремонт и из затрат на утилизацию шлама. При многократном использовании орошающей жидкости весомые затраты приходятся на энергозатраты при работе пылеуловителя.
Расчет удельных энергозатрат К уд (МДж/1000 м3 газа) на работу аппарата «мокрой» пылеочистки определяется по формуле:
К уд = Р а + Р ж ■ и ж- + — , (4)
у М Г иГ где РА - гидравлическое сопротивление аппарата (Па); Рж - давление распыливаемой жидкости (Па); ^ж- - объемный расход соответ-иг ственно жидкости и газа (м3/с); NМ - мощность вращающегося механизма, расходуемая на контактирование газа с жидкостью (Вт); М Г -масса газа (кг).
Поэтому внедрение на пищевые предприятия аппарата «мокрой» пылеочистки роторного типа позволит снизить потери готовой продукции без роста её себестоимости.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что основным направлением в совершен ствовании аппаратов «мокрой» очистки следует считать снижение энергозатрат на их работу при повышении фракционной эффективности.
В таблице 3 представлена сравнительная характеристика аппаратов «мокрого» способа очистки, которые используются в пищевой промышленности [1-5], данные по РРП получены автором.
Таблица 3
Аппараты мокрого типа очистки
Показатель |
Тип аппарата |
|||||||||
СДК |
СИОТ |
ЦВП |
Вентури |
ГДП-М |
ГРБ |
Я9-ОМП-1 |
РРГ |
РРГ-1 |
РРП |
|
Диаметр, м |
1,2 2,4 |
1,3 5,4 |
0,3-1,0 |
0,15-1,9 |
1,0-1,5 |
0,6-1,5 |
- 2,5 |
0,251,6 |
0,251,6 |
0,251,6 |
Скорость газа, м/с |
4-7,5 |
14-20 |
4,5-7,1 |
50 |
10-12 |
1-4 |
1,4 |
1,5 3,1 |
1,95 3,25 |
1,0-4 |
Плотность орошения, м3/(м2- ч) |
25 35 |
0,06 17,2 |
0,6-20 |
0,7-111 |
0,02-4,8 |
(0,6-6) ■ 10 " 3 |
0,941,04 |
(0,4120) 10 "5 |
(0,4-1) 10 " 5 |
(0,04 -0,5) 10 " 3 |
Гидравлическое сопротивление, кПА |
1,2 3,5 |
1,12,0 |
0,360,9 |
2,3 |
1,8 |
0,550,8 |
0,620,74 |
0,150,7 |
0,080,6 |
0,460,79 |
Эффективность очистки, % |
96 99,6 |
99,9 |
90-95 |
99 |
99 |
98-99 |
95-96 |
99,9 |
99,9 |
99,9 |
Диаметр улавливаемых частиц, мкм |
2 |
5 |
5-10 |
1,0 |
5 |
7-8 |
нет данных |
1,4 |
1,2 |
1,3-1,9 |
Удельные энергозатраты, МДж/1000м3 газа |
7,2 |
1,5-24 |
0,6-6,3 |
2,8-69,8 |
1,2-8,8 |
0,8-2,3 |
0,640,81 |
0,341,26 |
0,160,8 |
0,550,8 |