Совершенствование процесса энергосберегающего высокоэффективного центробежного пылеулавливания в пищевой промышленности : на примере мукомольного производства

• Автор: Каргашилов, Дмитрий Валентинович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ. ЦИКЛОНЫ В СИСТЕМАХ

ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ !

1.1. Технологические особенности производства на зерноперерабатывающих предприятиях и характеристика аспирируемых пылегазовых выбросов.

1.2. Обзор и оценка существующих систем пылеулавливания

1.3. Обзор и анализ современных конструкций и режимов работы циклонов

1.4. Системный анализ методов и средств совершенствования режимов работы и конструкции циклонов

1.5. Анализ существующих математических моделей движения частицы пыли в циклоне

Выводы по первой главе и постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
2.1. Математическое моделирование движения частицы пыли по поверхности циклона
2.1.1. Предварительные замечания. Условия и допущения при составлении моделей
2.1.2. Модель движения частицы пыли по цилиндрической поверхности
2.1.3. Модель движения частицы пыли по конической поверхности
2.2. Анализ математических моделей
2.2.1. Качественный анализ дифференциальных уравнений и условия их численного решения
2.2.2. Исследование реакции поверхности
2.2.3. Исследование траектории и скорости
2.2.4. Определение параметров щелевых улавливающих отверстий
Основные выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
ЗЛ. Конструкция и принцип работы экспериментального стенда
3.2. Исследование механизмов движения частиц в циклоне
3.3. Определение основных рабочих характеристик процесса
3.3.1. Определение дисперсного состава пыли
3.3.2. Определение дисперсного состава пыли с помощью импактора
3.3.3. Определение эффективности работы и общего перепада давлений в циклоне при различных геометрических характеристиках вставки..
3.4. Построение интерполяционных зависимостей по результатами дробно факторного эксперимента для определения эффективности пылеулавливания и общего перепада давлений в циклоне
Итоги третьей главы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ЦИКЛОНОВ
4.1. Устройство и работа инновационных конструкций. Методика расчета конической вставки циклона
4.2. Инженерные рекомендации по внедрению циклонов с конической вставкой на производстве
4.3. Анализ экономической эффективности пылеулавливания при использовании инновационных конструкций циклонов
Выводы по четвертой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИ
ПРИЛОЖЕНИ
ПРИЛОЖЕНИ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Г — циркуляция линейной скорости вихря на поверхности тела по контуру тела, м2/с; Г Г" - критерии симплексы геометрического вида, характеризующие коническую вставку; С - поправка Кенингема-Милликена; у/ - коэффициент аэродинамического сопротивления; р - плотность частиц пыли, кг/м3; в - половины угла при вершине конуса, °; р - динамическая вязкость пылегазового потока, Па-с; <т - среднее квадратичное отклонение в функции данного распределения; рв - плотность пылегазового потока, кг/м3; Сех - концентрация пыли на входе в пылеуловитель, кг/м3; Св -концентрация пыли на выходе из пылеуловителя, кг/м3; И' - верхний диаметр вставки, м; £>" - нижний диаметр вставки, м; - с/-диаметр частицы, мкм; <7, -средний медианный диаметр, мкм; / - коэффициент трения скольжения частицы по поверхности циклона; Рп - подъемная сила, Н; т - масса частицы, кг; /V* - реакция поверхности на выходе из конуса, Н; Ы„ - реакция поверхности на входе в конус, Н; АР - общий перепад давлений на циклоне, Па; Рвх - статическое давление на входном воздуховоде, Па; Рвых -статическое давление на выходном воздуховоде аппарата, Па; () - объемный расход запыленного газа, м3/ч; <2 - расход газа через прибор, м3/с; К -значение радиуса исследуемой точки поверхности, м; 11е — критерий Рейнольдса; Я„ - радиус цилиндрического корпуса циклона или начальный радиус конической вставки, м; Яеых - радиус выходного патрубка, м; Я,, -верхний радиус вставки, м; Як - меньший радиус вставки, м; 5 - площадь миделевого сечения частицы, м ; ЯКмст. - площадь конусной вставки циклона, м2; Бц — внутренняя площадь циклона, м2; Бщ — площадь щелевых отверстий вставки, м2; «- скорость воздушного потока, м/с; их - скорость потока на бесконечности, м/с; ивх - скорость воздуха во входном патрубке, м/с; -скорость частицы по отношению к воздушной среде, м/с; V— абсолютная скорость движения частицы по поверхности, м/с; У„, Ув - расход воздуха на входе в пылеуловитель и на выходе из него соответственно (приведенный к стандартным условиям по температуре и давлению)м3/с; г - высота цилиндра, м.

1.5. Анализ существующих математических моделей движения частицы
пыли в циклоне
Состояние теории аэродинамики двухфазных потоков в циклонных аппаратах на всех этапах ее становления соответствовало уровню развития техники. Создание новых конструкций циклонов сопровождается дополнениями и расширениями теоретических знаний. При этом область применения аппаратов определяет некоторые особенности в векторе развития теории их работы. На данный момент можно выделить два основных направления использования циклонов и соответственно два направления развития теории центробежного осаждения.
Первое наиболее известное направление - разделение двухкомпонентных смесей. Основу теории составляют уравнения движения твердых частиц в закрученном воздушном потоке. Сложность математической модели обуславливается требуемой глубиной исследования, а также имеющимся на момент ее создания арсеналом исследовательских методов.
Наибольшее распространение получили модели, в которых рассматривается только радиальное перемещение частицы исключительно под действием силы аэродинамического сопротивления по закону Стокса [7, 112, 116]. Результат исследования - скорость осаждения и минимальный размер улавливаемых частиц в исследуемой конструкции.
Более сложные модели, учитывают силы: Архимеда, со стороны неравномерного поля давления, электростатическую. Классическими в этом сегменте являются исследования, изложенные в работах А.И. Пирумова [100], В. Страуса [123], Г.Ю. Степанова [122]. Как правило, в них осуществляется приближенное решение дифференциальных уравнений (например, посредством разложения решения в ряд), некоторыми из заявленных факторов пренебрегают. Исследуются такие параметры как траектории движения частиц, время релаксации.