Моделирование очистки оборотных вод гидрорезки кокса в гидроциклонах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. О. Яблонский
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЧИСТКИ ОБОРОТНЫХ ВОД ГИДРОРЕЗКИ КОКСА
В ГИДРОЦИКЛОНАХ
Волгоградский государственный технический университет
Рассмотрено применение гидроциклонов в процессе очистки оборотных вод гидрорезки кокса. Выполнено моделирование режимов работы гидроциклонов рекомендуемой конструкции и даны рекомендации по выбору их оптимальных режимных и конструктивных параметров. Приведенные рекомендации позволяют достичь высокой степени очистки оборотных вод при минимальных энергозатратах, а также добиться снижения износа и частоты замены оборудования в результате повышения степени очистки оборотных вод гидрорезки.
Ключевые слова: гидрорезка, кокс, оборотные воды, цилиндроконический гидроциклон, нефтяные остатки, степень сгущения, числа подобия, фактор разделения.
V. O. Yablonskii
MODELLING OF RECYCLING WATER LEANING OF COKE HYDROCUTTING
IN HYDROCYCLONES
Volgograd State Technical University
The application of the hydrocyclones in the process of cleaning of recycling water of coke hydrocutting is discussed. Modelling of the working regime of hydrocyclones of recommended construction is performed, and principles of optimal choice of conditional and constructive parameters of hydrocyclone are given. This permits to approach high quality of cleaning of recycling water with minimum energy waste and minimize the wear and frequency of equipment replacement as a result of increasing quality of cleaning of recycling water.
Keywords: hydrocutting, coke, cylindroconical hydrocyclone, oil residuum, clotting extent, numbers of similarity, separation factor.
Одним из наиболее широко распространенных аппаратов, применяемых в химической промышленности для разделения и очистки неоднородных жидких систем, является гидроциклон, сочетающий высокую степень очистки, надежность и простоту использования. Гидроциклоны могут применяться для сгущения оборотных и сточных вод промышленных предприятий и выделения из них сгущенной фракции.
В работах [1−4] разработана методика моделирования процесса сгущения суспензий с неньютоновской дисперсионной средой в прямоточных цилиндрических и цилиндроконических гидроциклонах, основанная на численном решении уравнения конвективной диффузии совместно с уравнением движения частиц твердой фазы.
В данной работе осуществлен анализ результатов моделирования сгущения оборотных вод гидрорезки кокса в цилиндроконических гидроциклонах с использованием методики
моделирования, приведенной в работах [1, 2], обеспечивающей наибольшую общность и полноту анализа.
Процесс гидрорезки кокса применяется для освобождения реакторов, в которых проводится коксование тяжелых нефтяных остатков, от кокса, который является материалом для электродов, используемых в алюминиевой промышленности.
На рис. 1 представлена схема установки батареи гидроциклонов для очистки оборотных вод гидрорезки кокса. Вода, подаваемая на промывку системы ямы-накопителя, поступает в гидроциклоны 1, где разделяется на осветленную и сгущенную фракции. Осветленная фракция поступает в буферную емкость, а сгущенная возвращается в отстойник 2 до перегородки и затем вновь поступает на очистку в гидроциклонах. На входе в батарею гидроциклонов контролируются расход и давление разделяемой среды.
Вода напромывку системы ямы — накопителя
Вода после бурения из ямы — накопителя
ЧХЪ
{& gt-<-->
• • •
Батарея гидроциклонов
Вода из отстойника иоборотная вода на установку
Вода из
-fxb-> У отстойника наустановку Рис. 1. Установка батареи гидроциклонов в схеме оборотных вод гидрорезки кокса: 1 — гидроциклоны- 2 — отстойник воды
2
Процесс разделения суспензий в гидроциклоне характеризуется следующими определяющими числами подобия: числом Фруда Fr (фактором разделения), числом Рейнольдса Ren и параметром безразмерного расхода Q0 [5], а также критерием Renp для движения частицы твердой фазы [6, 7].
Задачей моделирования режимов работы гидроциклонов является достижение максимальной степени очистки оборотных вод при минимизации перепада давления и затрат энергии на прокачку жидкости через гидроциклоны. Качество процесса разделения суспензий в гидроциклонах характеризуется степенью сгущения S". очищаемой среды на выходе из аппарата [1], достижение максимума которой позволяет достичь минимального объема возвращаемого на рециркуляцию в отстойник сгущенного потока, что обеспечивает минимизацию энергозатрат на разделение.
Ввиду того, что твердая фаза, содержащаяся в оборотных водах гидрорезки, характеризуется полидисперсным составом, а математическая модель [1, 2] разработана для монодисперсных смесей, расчеты были выполнены для диаметра частиц наиболее мелкой фракции (Dp=17,5 мкм) и среднего диаметра частиц твердой фазы, который составлял 46,0 мкм [8], что позволило обеспечить заданную степень сгущения S" — для всех фракций.
С учетом того, что объемная доля частиц твердой фазы в оборотных водах гидрорезки в соответствии с [8] составляет 1−10& quot-3 м3/м3, обо-
ротные воды можно считать ньютоновской жидкостью с вязкостью, приблизительно равной вязкости воды (к = 1,005−10−3 Пас).
Моделирование режимов работы гидроциклонов было выполнено для гидроциклонов, имеющих диаметр цилиндрической камеры 0,1 м и 0,15 м и угол конусности корпуса 10°. Моделирование выполнялось для различных значений расхода очищаемой оборотной воды, что соответствовало одновременному изменению чисел Фруда и Рейнольдса. Степень сгущения определялась в соответствии с методикой, разработанной в [1, 2].
На рис. 2 показано изменение степени сгущения частиц твердой фазы 8сг по высоте рабочего пространства цилиндроконического гидроциклона с диаметром цилиндрической камеры Бк=0,1 м, высотой цилиндрической камеры 0,1 м и углом конусности, а = 10° при различных значениях производительности гидроциклона Q. Из анализа представленных зависимостей следует, что степень сгущения частиц твердой фазы 8сг нарастает по мере удаления от входного патрубка, достигая максимума, что соответствует перемещению частиц твердой фазы к стенке гидроциклона под действием центробежных сил, а затем снижается по мере приближения к нижнему сливному патрубку гидроциклона вследствие увеличения толщины пленки жидкости. По мере возрастания производительности гидроциклона, а, следовательно, и чисел Бг и Яеп, степень сгущения частиц твердой фазы возрастает по всей высоте рабочего
пространства и координата максимума Scr смещается в направлении сливного отверстия нижней части корпуса.
Увеличение степени сгущения Ser частиц твердой фазы по всей высоте рабочего пространства обусловлено возрастанием центробежных сил, действующих на пленку разделяемой жидкости, стекающую по стенкам корпуса гидроциклона, а смещение координаты ее максимального значения в направлении сливного отверстия — возрастанием толщины пленки жидкости и расстояния, проходимого частицами твердой фазы в жидкости по направлению к стенке корпуса гидроциклона.
1 — Q = 7−10 м /с-
2 — Q = 8−10'-4 м 3/с-
5 — Q = 1,2−10& quot-3 м 3/с-
4 — Q = 1,5 10−3 м 3/с-
5 — Q = 1,7−10'-3 м 3/с-
6 — Q = 2−10& quot-3 м 3/с-
7 — Q = 2,188−10& quot-3 м 3/с-
8 — Q = 2,5−10'-3 м 3/с-
Fr =
Fr =
Fr
Fr
Fr
Fr
Fr
Fr
10,12
13,22
29,75
46,48
59,70
82,63
98,85:
129,10
Ren = Re" = Ren = Ren = Ren = Ren = Ren = Ren =
2785. 2
3183. 1
4774. 6
5968. 3
6764. 1
7957. 7
8703. 8
9947. 2
на, но те же значения 8сг достигаются при больших значениях числа Бг (фактора разделения) и зависимость координаты максимума степени сгущения от производительности гидроциклона становится менее выраженной. Это объясняется возрастанием производительности гидроциклона Q при увеличении диаметра цилиндрической камеры при постоянстве значения фактора разделения, возрастанием толщины пленки жидкости, в результате чего снижается степень сгущения 8сг и уменьшается зависимость ее распределения по осевой координате от производительности аппарата.
Наиболее оптимальными режимами работы гидроциклона являются такие, при которых не происходит существенного снижения степени сгущения вблизи нижнего сливного патрубка вследствие утолщения пленки жидкости. Такие режимы позволяют достигать высоких значений степени сгущения при небольших энергозатратах, обеспечивая в то же время небольшой расход возвращаемой в отстойник сгущенной фракции. Следовательно, можно рекомендовать для применения в процессе очистки оборотных вод гидрорезки кокса цилиндроконические гидроциклоны с диаметром цилиндрической камеры Бк = 0,1 м и углом конусности, а = 10° при Бг = 29,8 или с диаметром цилиндрической камеры Бк = 0,15 м при Бг = 82,3.
Рис. 2. Распределение степени сгущения частиц твердой фазы Бсг по высоте рабочего пространства гидроциклона: Бк = 0,1 м- а = 10°- Qo = 0,04- к = 1,005−10& quot-3 Па-с- Бр =17,5 мкм-
На рис. 3 показано изменение степени сгущения частиц твердой фазы 8сг по высоте рабочего пространства цилиндроконического гидроциклона с диаметром цилиндрической камеры 0,15 м, высотой цилиндрической камеры 0,15 м и углом конусности, а = 10° при различных значениях производительности гидроциклона Q.
Сопоставляя приведенные на рис. 3 зависимости с зависимостями, показанными на рис. 2, можно установить, что характер зависимостей степени сгущения 8сг от осевой координаты принципиально не изменяется при возрастании диаметра цилиндрической камеры гидроцикло-
Рис. 3. Распределение степени сгущения частиц твердой фазы Бсг по высоте рабочего пространства гидроциклона: DK = 0,15 м- а = 10°- Q0 = 0,04- k = 1,005−10'-3 Па-с- Dp =17,5 мкм-
1 — Q = 3−10& quot-3 м 3/c- Fr = 24,5- Re" = 3978,9-
2 — Q = 4,38−10'-3 м 3/c- Fr = 52,1- Ren = 5802,5-
5 — Q = 5,5−10& quot-3 м 3/c- Fr = 82,3- Re" = 7294,6-
4 — Q = 6−10'-3 м 3/c- Fr = 97,9- Re" = 7957,7-
5 — Q = 6,5−10'-3 м 3/c- Fr = 114,9- Ren = 8620,9-
6- Q = 7−10& quot-3 м 3/c- Fr = 133,3- Re" = 9284,0-
7 — Q = 8−10'-3 м 3/c- Fr = 174,1- Re" = 10 610,3-
8 — Q = 8−10'-3 м 3/c- Fr = 220,3- Ren = 11 936,6
Применение гидроциклонов взамен фильтров грубой очистки позволит снизить энергозатраты на прокачку очищаемой жидкости, избежать затрат на замену фильтровальных перегородок и обслуживание фильтров, а также добиться снижения износа и частоты замены насосного оборудования в результате повышения степени очистки оборотных вод гидрорезки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Яблонский, В. О. Влияние конструктивных параметров цилиндроконического гидроциклона на показатели разделения суспензий с неньютоновской дисперсионной средой / В. О. Яблонский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2005. — № 9. — С. 3−7.
2. Яблонский, В. О. Расчет разделения суспензий с неньютоновской дисперсионной средой в прямоточном цилиндрическом гидроциклоне / В. О. Яблонский // Химическая промышленность. — 2005. — Т. 82. — № 1. — С. 40−48.
3. Яблонский, В. О. Расчет показателей разделения
суспензий в гидроциклонах с использованием уравнения регрессии / В. О. Яблонский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2008. — № 8. — С. 3−7.
4. Яблонский, В. О. Расчет конструктивных и режимных параметров гидроциклонов для разделения и дегазации неоднородных жидких систем с использованием регрессионных моделей / В. О. Яблонский // Химическая промышленность. — 2007. — Т. 84. — № 4. — С. 197−205.
5. Яблонский, В. О. Моделирование осаждения частиц твердой фазы в цилиндроконическом гидроциклоне при разделении суспензий с неньютоновской дисперсионной средой / В. О. Яблонский, Г. В. Рябчук // Теор. основы хим. технологии. — 2006. — Т. 40. — № 4. — С. 385−391.
6. Acharya A., Mashelkar R.A., Ulbrecht J. Flow of inelastic and viscoelastic fluids past a sphere // Rheol. Acta. 1976. V. 15.№ 9. P. 454 — 463.
7. Виноградов, Г. В. К вопросу свободного осаждения сферических частиц в аномально-вязких жидкостях / Г. В. Виноградов, К. Д. Вачагин, Э. Н. Закиров [и др.] // Инж. -физ. журн. — 1975. — Т. 28. — № 3. — С. 435−438.
8. Танатаров, М. А. Технологические расчеты установок переработки нефти / М. А. Танатаров. — М.: Химия, 1981. — 352 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой