ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчетно-теоретический анализ процесса испарения капель воды в циклонных реакторах из "Огневое обезвреживание промышленных сточных вод" При математическом описании процесса приняты некоторые допущения. В качестве испаряющейся жидкости принята вода, не содержащая примесей. Рассматривается движение изолированной (одиночной) капли, начальная скорость которой принимается равной скорости истечения воды из форсунок. На основе литературных данных [37 94] принято, что при распыливании жидкостей механическими центробежными форсунками коалесценция капель отсутствует. Поля скоростей несущего газового потока в циклонном реакторе принимаются осесимметричными, что наблюдается и в действительности в циклонных реакторах с двусторонним и многосторонним подводом топливовоздушной смеси. Температура газового потока усредняется по всему объему зоны испарения. Турбулентные пульсации в потоке не оказывают влияния на траектории движения капель. Испаряющиеся капли воды не влияют на характер движения газовой среды. Лучистый теплообмен при нагреве и испарении капель не учитывается. С учетом указанных допущений исследуемый процесс описывается следующей системой уравнений. [c.41] Таким образом, пространственное поле скоростей газового потока в циклонном реакторе описывается уравнениями (2), (3) и (4). [c.42] При попадании сферической капли в газовый поток с начальными значениями критерия Шео Шекр ее деформация является неравновесной — внешнее давление существенно превышает давление поверхностного натяжения. [c.45] При решении уравнения (26) не учитываем зависимость см и Срсм от температуры. Для этих параметров за определяющую рекомендуется принимать среднюю арифметическую температуру парогазового слоя Тср = (Т -Ь 7 р)/2. [c.48] В выражении (27) физические параметры Срсм Осм и принимаем при Т р, теплоту испарения Ь — при Тр, величину упов — равной концентрации насыщенного пара при температуре поверхности капли. При концентрациях 7р=0,1. ..0,3, характерных для процесса огневого обезвреживания сточных вод в циклонных реакторах, температура капли не достигает температуры кипения, что объясняется существованием покрывающего каплю защитного облака. [c.48] ТЛЯ ДЛЯ газовой среды Срг — теплоемкость газового пото-ка, Дж/(кг - К). [c.49] Анализ лучистого теплообмена капель воды с газовой средой в реальных условиях процесса огневого обезвреживания в циклонных реакторах показал, что даже для крупных капель диаметром 1000 мкм лучистая составляющая теплообмена не превышает 10% от конвективной. Для более мелких капель эта величина еще меньше. Поэтому в расчетах лучистый теплообмен не учитывался. [c.49] Результаты решения и их анализ. В результате решения получены расчетные траектории движения испаряющихся капель воды в циклонном реакторе, в основном применительно к двум схемам ввода сточной воды в циклонный реактор с радиальным расположением форсунок на боковой поверхности и размещением форсунок в крышке параллельно оси реактора. [c.51] На графиках траектории капель, подвергающихся дроблению на множество частиц, обозначены звездочкой, а дробящихся на две части — двумя звездочками. [c.51] Капли с начальным диаметром 25—100 мкм увлекаются газовым потоком и испаряются в объеме циклонного реактора (рис. 16). На рис. 17 в качестве примера приведены графические зависимости составляющих скорости капли с начальным диаметром бко = 100 мкм и ее текущего размера во времени. [c.52] Существенное влияние на поведение испаряющихся капель воды в циклонном реакторе оказывает входная скорость топливовоздушной смеси (рис. 18). Входная скорость, равная 60 м/с, оказалась достаточной для дробления капель с начальны.м диаметром 100 мк.м. Для более крупных капель дробление наступает при меньшей скорости Швх- Так, например, капли с бко = 200 мкм, радиально поступающие в газовый поток с Гр = 1000° С, подвергаются дроблению уже при Швх = 40 м/с. [c.52] Дробление мелких капель (порядка 50 мкм) может произойти лишь при очень большой относительной скорости (более 100 м/с), однако мелкие капли быстро увлекаются газовым потоком и необходимая высокая относительная скорость в момент максимального сплющивания этих капель нереализуема. Дробление капель сточной воды в циклонном реакторе ускоряет процесс испарения воды и позволяет значительно интенсифицировать выгорание органических веществ, так как дроблению подвергаются относительно более крупные капли, которые в случае устойчивости и определяют полное время процесса обезвреживания. Высокий уровень начальных относительных скоростей капель сточной воды в циклонном реакторе, необходимый для их глубокого дробления газовым потоком, достигается путем некоторого повышения входной скорости топливовоздушной смеси, уменьшения относительного диаметра пережима, установки форсунок против направления скорости газового потока и другими приемами. [c.54] При впрыске сточной воды в циклонный реактор группой форсунок, расположенных в крышке на окружности диаметром 0 = 0,3йц, создаются благоприятные условия для полного завершения испарения капель в объеме циклонного реактора. Однако при слабой крутке газового потока возможна перегрузка каплями приосевой зоны реактора. Это может привести к неполному выгоранию органических веществ. [c.55] Рассмотрим влияние некоторых режимных и конструктивных параметров на процесс испарения капель воды. [c.56] Таким образом, обезвреживание сточных вод, содержащих только органические вещества, при радиальном впрыске воды через боковую поверхность циклонного реактора можно эффективно осуществлять при небольших входных скоростях топливовоздушной смеси при условии обеспечения тонкого распыла сточных вод. При грубом распыле необходимо иметь достаточно высокий уровень г Увх, обеспечивающий глубокое дробление капель. [c.57] Из рис. 20, б и 23 следует, что при повышении сх возможна значительная сепарация недоиспарившихся капель на боковой поверхности циклонного реактора, что приводит к неполному обезвреживанию сточных вод. Высокий уровень вращательных скоростей ведет к заметному снижению степени испарения капель при больших значениях (капли с положительными значениями Vq,o) и усилению сепарации на стенках. В циклонном реакторе малого диаметра влияние ос на время пребывания в объеме и степень испарения капель усиливается. [c.59] Величина предельной нагрузки объема циклонного реактора рассчитывалась из условия равснстБа времени пребывания в нем газов и времени статического испарения капель, что для мелких капель вполне допустимо. [c.60] Как следует из рис. 25, например, для получения нагрузки, равной 4 т/(м ч), необходимо иметь качество распыливания воды, характеризуемое предельным диаметром капель, равным 95 мкм. о условие можно обеспечить за счет высоких давлений подачи воды форсунками, что потребует больших затрат энергии на распыл и установки дорогостоящего оборудования. Более целесообразно глубокое дробление капель, которое возможно при грубом распыливании воды за счет поддержания величины относительной скорости капель на уровне = 95 м/с, что достигается выбором соответствующих входных скоростей топливовоздушной смеси. [c.60] При вводе сточной воды через форсунки, расположенные в крышке циклонного реактора на окружности диаметром do = 0,30ц, рост Дц также приводит к повышению степени испарения капель воды (рис. 24, б), что объясняется увеличением расстояния от места ввода капель до стенки и уменьшением центробежных сил, действующих на капли. Это увеличивает время пребывания капель в объеме. [c.61] Вернуться к основной статье