Процеси і апарати хімічних технологій.

6.3.8. Рідинно-газові струменеві апарати

Наша сеть партнеров Banwar

(В.А.Некрасов)

У таких апаратах робочий (рідина) і пасивний (газ) потоки знаходяться в різних агрегатних станах, майже не змінюються в процесі змішування. В силу великої різниці щільності взаємодіючих середовищ масовий коефіцієнт інжекції має величину порядку 10-5, а об'ємний коефіцієнт інжекції 0,2-3,0.

Залежно від типу струменя розрізняють рідинно-газові апарати з компактною і з диспергує струменем. Залежно від співвідношення температур робочої і пасивної середовищ розглядаються апарати поділяють також на дві групи: термодинамічну, в якій змішуються потоки мають суттєво різні температури, і ізотермічну, коли різниця температур незначна і нею можна знехтувати при розрахунку гідравлічних процесів ежектування.

У більшості випадків апарати з компактним струменем відносяться до ізотермічної групі. Поряд з традиційною формою проточної частини (рис. 6.3.4.1, а) застосовуються ЖГСА, в яких робоча рідина подається в камеру змішання через кілька робочих сопел або одне сопло (Багатоструменеві, Мал. 6.3.4.1, г) з декількома отворами (Багатоструменеві сопло). Збільшення поверхні контакту фаз взаємодіючих середовищ призводить до збільшення коефіцієнта інжекції при інших рівних умовах. Ефективність ЖГСА зростає також у разі збільшення довжини камери змішування до 40-50 замість 8-10 калібрів для однофазних СА. Це пов'язано з тим, що освіта однорідної газо-рідинної емульсії вимагає більшої довжини шляху перемішування, ніж вирівнювання профілю швидкості однофазного потоку. У цьому випадку відпадає необхідність у дифузорі.

ЖГСА з диспергує струменем в якості робочого сопла використовують різні розпилювачі рідини (форсунки). Ці апарати знайшли широке застосування в хімічній, мікробіологічної, харчової промисловості, системах очищення води [34-36].

Розрахунок ЖГСА. Існуючі методики розрахунку ЖГСА (всі вони розроблені для водоповітряних ежекторів, що застосовуються в основному в енергетиці як вакуумні струменеві насоси) є емпіричними, справедливими в досить вузькому діапазоні режимних і конструктивних параметрів. Аналіз цих методик виконано в [18].

Перебіг в камері змішання представляється в такий спосіб. Струмінь рідини надходить в камеру змішування, зберігаючи свою первісну циліндричну форму. Приблизно на відстані 2 - 3 калібрів d 3 від початку камера змішання виявляється заповненою молочно-білою водовоздушной емульсією (піною), причому під стінами камери змішання спостерігаються зворотні струми водовоздушной емульсії, яка знову захоплюється струменем і захоплюється нею. Це ще одне рух обумовлено підвищенням тиску по довжині камери змішання. Тиск р н на початку камери змішування дорівнює тиску в приймальній камері. При низьких Протитиск підвищення тиску в циліндричної камері змішання порівняно невелика. Основне підвищення тиску відбувається в дифузорі. При збільшенні протитиску ця картина змінюється: ступінь підвищення підвищення тиску в дифузорі зменшується, а в камері змішання - різко збільшується, причому воно це відбувається на порівняно невеликій ділянці камери змішання стрибкоподібно. Чим менше відношення , Тим більше різко виражений стрибок тиску. Місце стрибка добре помітно, т. К. Після нього рухається вже не молочно-біла емульсія, а прозора вода з бульбашками повітря.

Чим більше відношення , Тим більше розвинені зворотні струми водовоздушной емульсії. Зі збільшенням противодавления стрибок тиску переміщається проти течії струменя і, нарешті, при певному противодавлении (р с) max досягає початку камери змішування. При цьому ежекція повітря водою припиняється, вся камера змішання заповнена прозорою водою без бульбашок повітря. Аналогічні явища мають місце, якщо при незмінному противодавлении знижується тиск робочої рідини перед соплом.

Згідно [14], відношення об'ємних витрат інжектіруемого і робочої середовищ зберігається досить стабільним при зміні в широких межах параметрів його роботи (p p, p н, р з і G р). Тому, на відміну від розглянутих вище СА, в ряді методик розрахунку використовуються об'ємні коефіцієнти інжекції (підсосу) по пароповітряної суміші і сухого повітря:

, (6.3.8.1)

де Q пв, Q н і Q р - об'ємні витрати відповідно інжектіруемого (пароповітряної), повітряної і робочої (рідинної) середовищ, м3 / с.

У камері змішання відбувається насичення повітря парами води. Температура пара в емульсії практично дорівнює температурі води T p. Тому газова фаза емульсії є насичену паровоздушную суміш, повний тиск якої на початку камери змішування дорівнює тиску інжектіруемого сухого повітря в приймальній камері р н. Парціальний тиск повітря р в в суміші менше цього тиску на тиск насиченої пари р нп при температурі робочої рідини T p, т. Е. Р в = р н - р нп.

Оскільки стискається в СА повітря входить до складу пароповітряної суміші, то Q пв в (6.3.8.1) являє собою об'ємний витрата пароповітряної суміші. Скориставшись законом Дальтона і рівнянням Менделєєва - Клайперона, неважко виразити масова витрата інжектіруемого сухого повітря в вигляді

. (6.3.8.2)

Той же витрата, можна вираженнийзіть через параметри інжектіруемого сухого повітря:

, (6.3.8.3)

де Q н, T н - об'ємний витрата і абсолютна температура сухого повітря на всмоктуванні.

З цих рівнянь неважко встановити взаємозв'язок між u o і u оС

, (6.3.8.4)

де ; k т = T н / T p.

У разі р н р нп і T н »T р маємо u оС» u o.

При G н = 0 (u оС = 0) р н = р нп, т. Е. Тиск всмоктування дорівнює тиску насиченої пари при температурі робочої рідини T р. Незважаючи на рівність u оС = 0 u o> 0, т. К. В приймальній камері ежектора відбувається закипання робочої води і виділився пар відсмоктується цієї ж робочої водою.

Для розрахунку ЖГСА з компактним струменем і короткою циліндричною камерою змішання (довжиною близько 10 калібрів) можна скористатися формулами для СН.

Якщо припустити однакові питомі обсяги робочої і стислій середовищ, швидкість ежектіруемой середовища рівною нулю, то після заміни масового коефіцієнта інжекції u об'ємним u o матимемо такі рівняння, що визначають:

, (6.3.8.5)

де K - емпіричний коефіцієнт (для водоповітряного СА рівний 0,85); D р р = р р - р н - перепад тиску робочої рідини; Δ р з = р з - р н - перепад тиску, який створюється ежектором;

• відношення

; (6.3.8.6)

• характеристику ЖГСА, аналогічну СН (див. рівняння (6.3.6.1) за умови р 2 = р н, чому відповідає f Н2 = ¥ і, відповідно, ))

. (6.3.8.7)

рівняння (6.3.8.7) може бути представлено в наступній модифікації

, (6.3.8.8)

якої зручно користуватися для визначення об'ємного коефіцієнта інжекції ЖГСА по заданих відносин перетинів і перепадів тисків .

з рівняння (6.3.8.8) випливає, що для апарату даних розмірів в області глибокого вакууму, коли при постійних значеннях р р і р з істотні зміни р н практично не змінюють стосунки , Об'ємний коефіцієнт інжекції залишається постійним. Оскільки при цьому витрата робочої рідини практично не змінюється, то і об'ємний витрата пароповітряної суміші також залишається постійним.

Поряд з викладеної пропонуються і інші методики розрахунку ЖГСА з короткою камерою змішання, наведені в [15, 18].

В [14] міститься інформація для розрахунку ЖГСА з подовженою циліндричною камерою змішання, а також багатоструеневого ЖГСА.

Методи розрахунку ЖГСА з диспергує струменем, як і інших типів гідроструминних апаратів, ґрунтуються також на емпіричних або напівемпіричних моделях. Закінченої теорії розрахунку в даний час немає.

Незважаючи на велику роботу з дослідження СА, ефективність ЖГСА залишилася на рівні, досягнутому в 1920-і годиг., Що пояснюється складністю внутрішніх процесів в ЖГСА і їх недостатньою вивченістю. Тому дуже важливим завданням є подальше вивчення механізму робочого процесу ЖГСА з метою розробки більш суворої методики розрахунку.

Очевидно, що емпіричний підхід до вирішення цього завдання малоперспективен.

Напівемпіричний підхід, що включає в себе ту чи іншу фізико-математична математичну модель з різним ступенем наближення до реального фізичного процесу, яка потім корелюється емпіричними даними, більш перспективний.

У зв'язку з цим відзначимо роботу [37], в якій Досить успішно в рамках теорії взаимопроникающих континуумов здійснено моделювання гідродинаміки в ЖГСА з дисперговані і компактними струменями в [37]. Різні приклади використання ЖГСА наведені в п. 6.7.4 .

1. Башта Т.М. Машинобудівна гідравліка. М .: Машгиз, 1963. 696 с.
2. Доманський І.В. Насоси та компресори: Учеб.ное посібник. Л .: ЛТИ ім. Ленсовета, 1984. 59 с.
3. Механічні вакуумні насоси / Е.С. Фролов, І.В. Автономова, В.І. Васильєв та ін. М .: Машинобудування, 1989. 288 с.
4. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компресорні машини: Підручник для вузів. М .: Вища школа, 1989. 288 с.
5. Насоси АЕС: Довідковий посібник / П.М. Пак, А.Я. Бєлоусов, А.І. Тимшин і ін .; За заг. ред. П.Н. Пака. М .: Вища школа, 1989. 328 с.
6. Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насоси і вентилятори: Підручник для вузів. М .: Стройиздат, 1990. 336 с.
7. Рахмілевіч З.З. Насоси в хімічній промисловості: Довідково. изд. М .: Хімія, 1990. 240 с.
8. Страховіч К.І., Френкель М.І., Кондряков І.К., Рис В.Ф. Компресорні машини. М .: Гітл, 1961. 600 с.
9. Черкаський В.М. Насоси, компресори, вентилятори: Підручник для вузів. М .: Вища школа, 1984. 416 с.
10. Довідкова книга для інженерів, архітекторів, механіків і студентів. М.; - Л .: ГНТІ, 1931. Т. 2. тисячу чотиреста вісімдесят один с.
11. Белевич А.І. Методичні вказівки з розрахунку і проектування пароструминних ежекторів конденсаційних установок парових турбін ТЕС і АЕС. М .: ОТІ, 1984.
12. Буличов Г.А. Застосування ежектування при експлуатації нафтових і газових свердловин. М .: Недра, 1989. 116 с.
13. Теплотехнічний довідник. М .; -Л .: ДЕІ, 1958. Т. 2. 672 с.
14. Соколов Є.Я., Зінгер Н.М. Струменеві апарати.
    3-е изд., Перераб. М .: Вища школа, 1989. 352 с.
15. Соколов Є.Я., Зінгер Н.М. Струменеві апарати.
    2-е изд., Перераб. М .: Енергія, 1970. 288 с.
16. Шаманов Н.П., Дядик А.Н., Лабінський А.Ю. Двофазні струменеві апарати. Л .: Суднобудування, 1989. 240 с.
17. Дубровін Є.Р., Дубровін І.Р., Некрасов В.А. Досвід термічної утилізації нафтовмісних вод на кораблях // Морской сборник. 1994. № 12. С. 70-72.
18. Ляма Б.Ф. Гідроструминні насоси і установки. Л .: Машинобудування, Ленингр. отд-е, 1988. 256 с.
19. Юфін А.П. Гідромеханізація: Підручник для вузів. М .: Стройиздат, 1965. 466 с.
20. Джвашейшвілі А.Г. Гідротранспортного системи гірничозбагачувальних комбінатів. М .: Недра, 1973. 352 с.
21. Донець К.Г. Гідроприводні струменеві компресорні установки. М .: Недра, 1990. 174 с.
22. Стахов Е.А. Очистка стічних вод підприємств зберігання і транспорту нафтопродуктів. Л .: Недра, 1983. 263 с.
23. Успенський В.А. Пневматичний транспорт. Свердловськ: Металлургиздат, 1959. 232 с.
24. Смолдирів А.Є. Гідро- і пневмотранспорт в металургії. М .: Металургія, 1985. 280 с.
25. Пневмотранспортное Лабораторне обладнання : Довідник / За заг. ред. М.П. Калінушкіна. Л .: Машинобудування, Ленингр. отд-е, 1986. 286 с.
26. Потураєв В.Н., Волошин О.І., Пономарьов Б.В. Вібраційно-пневматична транспортування сипучих матеріалів. Київ: Наукова думка, 1989. 248 с.
27. Дребніца А.В., Гагауз Ф.Г. Малогабаритний щелевой пневматичний ежектор // Шахтне будівництво. 1971. № 11. С. 14-15.
28. Ганич Г.А., Неймарк Р.В. Експериментальне дослідження ежекторного збільшувача тяги з кільцевих підведенням ежектірующего газу // Тр. ЦАГІ. 1978. Вип. 1958.
29. Башкатов В.А., Орлов П.П., Федосов М.І. Гідрореактівние пропульсівние установки. Л .: Суднобудування, 1977. 296 с.
30. РТМ з проектування пневматичного транспорту і складів силосного зберігання полімерів в виробництвах з переробки пластичних мас. Ростов-на-Дону, 1990. 120 с.
31. Мазуров Д.Я. теплотехнічне Лабораторне обладнання заводів в'яжучих матеріалів. М .: Стройиздат, 1982. 288 с.
32. Холпанов Л.П., Запорожець О.П., Зіберт Г.К., Кашицький Ю.А. Математичне моделювання нелінійних термогідрогазодінаміческіх процесів в багатокомпонентних струменевих течіях. М .: Наука, 1998. 320 с.
33. Нігматуллін Р.І. Динаміка багатофазних середовищ. Ч. 11II. М .: Наука, 1987. 360 с.
34. Семенівський Ю.В. Дослідження процесів тепло- і масообміну при розпилюванні рідини в повітряної колони // Водоснабж.еніе і сан. техніка. 1980. № 10. С. 8-10.
35. Семенівський Ю.Г., Акульшин В.А., Пижиков В.С. Ежекційна система аерації в установках для очищення стічних вод // Водоснабж.еніе і сан. техніка. 1980. № 7. С. 4-6.
36. Галустов В.С. Прямоточні розпилювальні апарати в теплоенергетиці. М .: Вища школа, 1989. 240 с.
37. Трубаєв В.І. Гідродинаміка в рідинно-газових інжекторах з компактними і дисперговані струменями рідини: Автореф. дис. канд. техн. наук. СПб .: СПбГТІ (ТУ). 2000 .. 20 с.
38. Вентилятори: Каталог-довідник. М .: ЦНІІТЕстроймаш, 1977. 90 с.
39. Вентилятори: Галузевий каталог 20-89-10. М .: ЦНІІТЕІтяжмаш, 1989. 165 с.
40. Галимзянов Ф.Г. Вентилятори: Атлас конструкцій. М .: Машинобудування, 1968. 167 с.
41. Сидоров М.Д. Довідник по повітродувної і газодувних машинам. М .: Машгиз, 1962. 260 с.
42. Соломахова Т.С., Чебишева К.В. Відцентрові вентилятори: Довідник. М .: Машинобудування, 1980. 175 с.
43. Степанов А.І. Відцентрові і осьові компресори, повітродувки і вентилятори. М .: Машгиз, 1960. 347 с.
44. Відцентрові вентилятори / Т.С. Соломахова і ін. М .: Машинобудування, 1975. 405 с.
45. Байбаков О.В. Вихрові гідравлічні машини. М .: Машинобудування, 1981. 197 с.
46. Берлін М.А. Ремонт і експлуатація насосів нафтопереробних заводів. М .: Хімія, 1970. 280 с.
47. ГОСТ 17398-72. Насоси. Терміни та визначення. Вид. стандартів, 1972. 36 с.
48. Динамічні насоси для стічних рідин: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1986.
49. Дозуючі насоси і агрегати: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1985.
50. Кирилов І.І. Теорія турбомашин. М .: Машинобудування, 1972. 536 с.
51. Компресорні машини. : Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1987. 192 с.
52. Ломакін А.А. Відцентрові і осьові насоси. М .: Машинобудування, 1966. 364 с.
53. Лопатеві і роторні насоси. : Каталог. М .:
    ЦІНТІхімнефтемаш, 1985.
54. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопатеві насоси. М .: Машинобудування, 1977. 288 с.
55. Насосний довідник на освоєний і серійно випускається насосне Лабораторне обладнання . М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1979.
56. Насоси осьові типу О, ОП і відцентрові вертикальні типу В :. Каталог-довідник. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1970. 52 с.
57. Насоси відцентрові і осьові: Довідник. М .: Мінводгосп СРСР, ЦБНТІ, 1972.
58. Нафтові відцентрові насоси. : Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1980.
59. Осьові вертикальні насоси (типів ОВ і ОПВ). М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1983.
60. Галузеві каталоги на насосне Лабораторне обладнання . М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1987.
61. Подобуев Ю.С., Селезньов К.П. Теорія і розрахунок відцентрових і осьових компресорів. М .:
    Машгиз, 1957. 320 с.
62. Поршневі компресори / С.Є. Захаренко та ін. М .: Машгиз, 1961. 454 с.
63. Поршневі хімічні насоси. : Каталог-довідник. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1967.
64. Пфлейдерер К. лопаток машини для рідин і газів. М .: Машгиз, 1960. 683 с.
65. Рис В.Ф. Відцентрові компресорні машини. М.,; Л .: Машинобудування, 1964. 336 с.
66. Робожев А.В. Насоси для атомних електричних станцій. М .: Енергія, 1979. 135 с.
67. Синьов Н.М., Удовиченко П.М. Безсальникові водяні насоси. М .: Атомиздат, 1972. 495 с.
68. Свердловинні насосні установки для води: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1977.
69. Степанов А.І. Відцентрові і осьові насоси. М .: Машгиз, 1960. 320 с.
70. Ушаков К.А., Брусилівський І.В., Бушель А.Р. Аеродинаміка осьових вентиляторів і елементи їх конструкцій. М .: Госгортехіздат, 1960. 422 с.
71. Френкель М.І. Поршневі компресори. М .: Машинобудування, 1969. 743 с.
72. Відцентрові герметичні електронасоси: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1985.
73. Відцентрові горизонтальні і вертикальні хімічні насоси з проточною частиною з металу: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1981.
74. Відцентрові грунтові і фекальні насоси: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1971.
75. Відцентрові консольні насоси загального призначення типів К і КМ для води. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1977.
76. Відцентрові консольні насоси з осьовим входом для води типів К і КМ: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1985.
77. Відцентрові консольні насоси уніфікованого ряду: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1984.
78. Відцентрові насоси двостороннього входу (Д): Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1982.
79. Відцентрові насоси типу АХ: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1976.
80. Відцентрові насоси типу ТХ: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1979.
81. Відцентрові насоси типу Х: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1974.
82. Відцентрові насоси типу ХО: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1977.
83. Відцентрові насоси типу ЦНС: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1975.
84. Відцентрові занурені хімічні насоси: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1984.
85. Відцентрові хімічні насоси з титану: Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1975.
86. Відцентрові електронасоси для забруднених вод (ГНОМ): Каталог. М .: ЦІНТІхімнефтемаш, 1974.
87. Шерстюк О.М. Насоси, вентилятори, компресори. М .: Вища школа, 1972. 342 с.
88. Яременко О.В. Випробування насосів. М .: Машинобудування, 1976. 223 с.