Mathematical Modeling of Gas-Cleaning Equipment with a Highly Developed Phase Contact Surface

Abstract

Осадження аерозолів з технологічних газових потоків лежить в основі багатьох технологій хімічної, нафтохімічної, коксохімічної, нафто-газової, харчової промисловості тощо. Промислові гази, що містять аерозолі різної природи походження, полідісперсні тверді частинки (пил, дим), або рідкі частинки (туман) необхідно очищувати. Авторська ідея полягає у розробленні математичної моделі процесу захоплення відхідних газів, туманів в інтенсивних насадках з розвиненою поверхнею контакту фаз. Вихровий газорідинний потік та пульсуючий характер його руху сприяють інтенсифікації процесу дроблення і коагуляції при падінні газорідинного потоку в шарі традиційної рухомої насадки. Використовуються методи математичного моделювання процесу руху полідисперсного аерозолю в турбулентному газорідинному потоці. Встановлено, що конденсація пари у комірці відбувається на поверхні насадки, а також утворюються нові зародження частинок аерозолю. Розподіл частинок аерозолю відбувається завдяки відцентровим силам. У цьому випадку відносно великі частинки видаляються з вихрової області до безперервного потоку, а невеликі частинки обертаються у вихорі. Рівняння коагуляції, що описує зміну функції розподілу за розміром частинок з часом, ураховує конденсацію і зростання коагуляції. Отримані результати диференціальних та інтегро-диференціальних рівнянь можуть бути використані для описання процесу формування аерозолів. Ураховано екологічну та економічну ефективність, а також оптимальний вибір екологічного та допоміжного обладнання.

Отложение аэрозолей из потоков технологических газов является основой многих технологий в химической, нефтехимической, коксовой, нефтяной, газовой, пищевой промышленности и т. д. Промышленные газы, содержащие аэрозоли различной природы происхождения полидисперсных твердых частиц (пыль, дым) или жидкие частицы (туман), необходимо очистить. Идея автора заключается в разработке математической модели процесса улавливания отработанных газов, туманов в интенсивных соплах с развитой поверхностью контакта фаз. Вихревой поток газожидкостного течения и его пульсирующий характер движения способствуют интенсификации процесса дробления и коагуляции потока капельного газа-жидкости в слое регулярного движущегося сопла. Использованы методы математического моделирования процесса движения полидисперсного аэрозоля в турбулентном потоке газ-жидкость. Было установлено, что конденсация пара в ячейке происходит на поверхности сопла, а также образование новых зародышей частиц аэрозоля. Распределение частиц аэрозоля по размерам обусловлено центробежными силами. В этом случае крупные частицы удаляются из области вихря в непрерывный поток, а мелкие частицы вращаются в вихре. Уравнение коагуляции, описывающее изменение функции распределения частиц по размерам со временем, с образованием конденсата и роста коагуляции. Полученные результаты дифференциальных и интегрально-дифференциальных уравнений могут быть использованы для описания процесса образования и аэрозолей. Учитывалась экологическая и экономическая эффективность, а также оптимальный выбор экологического и вспомогательного оборудования.

The deposition of aerosols from process gas streams are the basis of many technologies in the chemical, petrochemical, coke, oil, gas, food etc. Industrial gases, containing aerosols of different nature of origin polydisperse solid particles (dust, smoke) or liquid particles (fog), must be cleaned. The idea of the author is to develop a mathematical model of the process of trapping waste gases, fogs in intensive nozzles with a developed surface of contact of phases. The vortex flow of the gas-liquid flow and its pulsating nature of the movement contribute to the intensification of the crushing process and coagulation of the drop gas-liquid flow in the layer of a regular moving nozzle. Methods of mathematical modeling of the process of movement of a polydisperse aerosol in a turbulent gas-liquid flow have been used. It was determined that condensation of steam in the cell occurs on the surface of the nozzle and also the formation of new germs of aerosol particles. The size distribution of aerosol particles is due to centrifugal forces. In this case, large particles are removed from the vortex region into a continuous flow, while small particles rotate in a vortex. Coagulation equation describing the change in the particle size distribution function with time, undergoing condensation and coagulation growth. The obtained results of differential and integral-differential equations can be used to describe the formation process and aerosols. Environmental and economic efficiency, as well as the optimal choice of environmental and auxiliary equipment took into account.