Орленко А. Ю., Степанюк А. Р. Обґрунтування способу видалення композитних забруднень при виробництві органічних добрив // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". — 2018. — №4.
Технічні науки
УДК 621.928
Орленко Андрій Юрійович
магістрант
Національного технічного університету України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Орленко Андрей Юрьевич
магистрант
Национального технического университета Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Orlenko Andriy
Student of the
National Technical University of Ukraine
“Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
Степанюк Андрій Романович
кандидат технічних наук, доцент кафедри
машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Степанюк Андрей Романович
кандидат технических наук, доцент кафедры
машин и аппаратов химических и
нефтеперерабатывающих производств
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Stepaniuk Andriy
PhD, Assistant Professor of Department of
Machines and Apparatus of Chemical and Petroleum Industries
National Technical University of Ukraine
“Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ВИДАЛЕННЯ КОМПОЗИТНИХ ЗАБРУДНЕНЬ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ОРГАНІЧНИХ ДОБРИВ
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА УДАЛЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
REASONING OF A METHOD FOR THE DETERMINATION OF COMPOSITE POLLUTES IN THE PRODUCTION OF ORGANIC FERTILIZERS
Анотація. Запропоновано ідею видалення композитних забруднень при виробництві органічних добрив. Запропоновано математичну та фізичну моделі процесу.
Ключові слова: сульфат амонію, циклон, добрива, конденсація, форсунка.
Аннотация. Предложена идея удаления композитных загрязнений при производстве органических удобрений. Предложена математическая и физическая модели процесса.
Ключевые слова: сульфат аммония, циклон, удобрения, конденсация, форсунка.
Summary. Proposed the idea of removing composite contaminants in the production of organic fertilizers. Proposed a mathematical and physical models of process.
Key words: ammonium sulfate, cyclone, fertilizer, condensation, nozzle.
Постановка проблеми. Сульфат амонію (амоній сірчанокислий) - хімікат, який вітчизняна промисловість випускає у великих кількостях. В якості добрива, його застосовують повсюдно, без прив'язки до кліматичних умов. Сульфат амонію не відноситься до отруйних речовин, не виділяє отруйні пари, що значно спрощує його використання як добрива [1].
Під час переробки водяних розчинів сульфату амонію у комплексні добрива шляхом гранулювання генерується до 30% високодисперсних твердих частинок [2]. Окрім цього утворюється до 1,8 кг води на 1 кг грануляту та водяна пара. Тому очистка повітря від композитних забруднень є нагальною проблемою. Можливі декілька способів очистки. Традиційно використовують очистку повітря циклоном із подальшою доочисткою у скрубері.
Метою роботи є створення високоефективного способу очищення газових викидів від полідисперсного багатокомпонентного забруднення.
Виклад основного матеріалу. В циклонах ефективність процесу сягає 96%. Для підвищення ступеня вловлювання доцільно використовувати запропоновану конструкцію [1] в якій буде проходити часткова конденсація вологи із теплоносія. При роботі запропонованого циклону композитне забруднення, яке складається з твердих частинок та водяної пари, подається через вхідний патрубок 2 і закручується. Закручений потік надходить у зону сепарації, рухається вниз, при цьому на тверді частинки композитного забруднення впливає відцентрова сила протягом всього шляху руху частинок зверху вниз, тому що радіус обертання потоку зменшується. Водяна пара композитного забруднення після зрошення водою з форсунок 8 конденсується. Додатково, для покращення процесу конденсації, у охолоджуючу оболонку 5 подається холодна вода через вхідний патрубок 7 та виводиться через вихідний патрубок 6. Очищений потік потрапляє до осьового вихідного патрубка 4 та виводиться з циклону. Забруднені частинки та краплини конденсату рухаються вниз у напрямку бункера 3[1].
1 – конічний корпус; 2 – тангенційний вхідний патрубок;
3 – пилозбірний бункер; 4 – осьовий вихідний патрубок; 5 – охолоджуюча оболонка; 6 – вихідний патрубок; 7 – вхідний патрубок; 8 – форсунки.
Рис. 1. Схема циклону
Неоднорідний газовий потік рухається за криволінійною траєкторією в каналі. Відцентрова сила, що діє на тверду частинку в точці b, спричинює швидкість осідання Woв, перпендикулярно до радіусу – Wг, і, як наслідок, частинка рухається за криволінійною траєкторією зі швидкістю Wр (рисунок 2).
Швидкість осадження в полі відцентрових сил розраховується за виразом:
Рис. 2. Схема осадження твердих частинок в полі відцентрових сил
Швидкість осадження у полі відцентрових сил розраховують за виразом: .
І час осадження за виразом: .
Рушійною силою процесу, що визначає швидкість осадження, є відцентрова сила С, яка знаходиться за виразом:
де m – маса твердої частинки; – лінійна швидкість газового потоку; r – радіус кривизни траєкторії в даній точці [3].
В нашому випадку крім звичайного циклонного процесу присутня ще й конденсація вологи в середині циклону.
До моделювання міжфазного тепломасообміну при інерційно-фільтруючій сепарації з конденсацією в інерційно-фільтруючих сепараційних каналах підібрано фізичну модель зображену на рисунку 3.
Рис. 3. Фізична модель процесу конденсації водяної пари
Запропонована фізична модель звести систему диференціальних рівнянь гідродинаміки (рівнянь Нав’є-Стокса) та конвективного теплообміну (рівнянь Фур’є-Кірхгофа) в приватних похідних до двох незв’язних крайових задач:
При цьому на границі плівки, яка стікає по охолоджуваних стінках сепараційного каналу, слід ввести такі граничні умови (рисунок 3):
r=r2, T=Tст=const; r=r2, λ????T/????r=α(Tст-Tгр); r=rгр, T=Tгр
(rгр=r-δ). Приймаючи, що закон розподілу температури по товщині плівки апроксимується квадратичним поліномом T=a+br+cr2 [4]:
Висновки. Вирішення задачі дозволить підвищити ефективність процесу вловлювання, тобто генерувати розчин сульфату амонію з гуматами під час очищення повітря – це дозволить зменшити витрати води на етапі змішування сухого розчину з водою. Також це підвищить екологічний ефект процесу за рахунок того, що після скруберу зменшиться кількість шкідливих речовин, що буде подаватися у систему очистки.
Література
