WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 5 ] --

Ультразвуковая установка оснащается уникальным магнитострикционным преобразователем. Амплитуда колебаний на частоте 22 кГц на «холостом» ходу составляет не менее 40 мкм. Магнитострикционный преобразователь закреплен на стойке с возможностью перемещения вдоль нее и с возможностью изменения угла ввода ультразвуковых колебаний в емкость с жидкостью [161,162,167,48,67-68].

С целью регулирования удельной мощности ультразвука ультразвуковой генератор, входящий в комплект ультразвуковой установки, оснащен ступенчатой регулировкой выходной мощности. Набор из трех волноводов-излучателей, входящих в комплект ультразвуковой установки, позволяет получать различную амплитуду ультразвуковых колебаний в исследуемой жидкости. Для этого волноводы-излучатели изготавливаются как акустические трансформаторы амплитуды колебаний с коэффициентом трансформации 1:0.5, 1:1 и 1:2.

Излучающая поверхность волноводов-излучателей изготавливается в виде «пятачка» и при незначительной кавитационной эрозии возможно механическое (подрезка на токарном станке) исправление качества поверхности без изменения резонансной частоты волновода-излучателя (рисунок 3).

объемах обрабатываемых жидкостей при прерывистой загрузке обрабатываемых жидкостей в применяемые емкости. Промышленностью выпускается несколько модификаций подобного оборудования с различной выходной мощностью.

Установки могут быть использованы в качестве [186,194,]:

системы ускоряющей и улучшающей экстрагирование активных веществ из растительного сырья;

сонохимического оборудования;

источника высокоамплитудных ультразвуковых колебаний;

Переход от экспериментов к полномасштабным полупромышленным или промышленным установкам при увеличении производительности требует сохранения заданных уровней интенсивности колебаний ультразвука. Это можно решать несколькими способами: увеличением числа комплектов применяемого ультразвукового оборудования и/или созданием сложных волноводных излучающих систем.

1.1.5. Сложные волноводные излучающие системы Эмульгирование и диспергирование реагентов в ультразвуковом поле значительно увеличивает скорость прохождения химической реакции.

Возможно применение ультразвуковой активации в двухфазных системах; в реакциях присоединения, замещения; в металлоорганической химии; в нефтехимии; в катализе; в химии полимеров; в различных химических технологиях [202,208,206].

В ультразвуковых установках могут быть использованы различные излучающие волноводы. В общем случае это могут быть и классические волноводы-излучатели, с одной излучающей поверхностью, как в описанных выше Лабораторных ультразвуковых установках, и специальные излучающие волноводные системы.

Известны трубчатые излучающие волноводные системы (рисунок 4).

Рисунок 4 - Фото трубчатого излучающего волновода с магнитострикционным преобразователем в охлаждающем корпусе Широкое использование трубчатых волноводов сдерживает недостаточная механическая прочность волновода. Волновод изготавливается минимум из трех деталей, соединяемых между собой сваркой или иным способом. При возбуждении таких волноводов высокоамплитудным мощным ультразвуком прочность соединения оказывается недостаточной и происходит разрушение волновода-излучателя.

Выпускается каскадный волновод-излучатель (рисунок 5) для использования в высокоэффективных, высокоамплитудных ультразвуковых акустических системах, см. Патент на изобретение № 2248850, «Ультразвуковое устройство» [64-68].

Волновод монолитный, изготавливается из титанового сплава. Волноводизлучатель может быть изготовлен для присоединения к ультразвуковому преобразователю на мощность до 5кВт и на частоте 22 кГц. Отличительной особенностью этого волновода является наличие концентраторов с акустическими линзами колебаний, которые выполнены на волноводе через /4, геометрические параметры линз подобраны специальным образом и повышают интенсивность излучения. Множество излучающих поверхностей, значительная площадь излучения ультразвука, возможность выдерживать значительные амплитуды ультразвука без потери основных рабочих параметров – все эти качества волновода позволяют решать технологические задачи применения ультразвуковых технологий на новом уровне [68].

Проточные ультразвуковые диспергаторы серии ИЛ100-6/7 и ИЛ100-6/8.

Изготавливаются проточные ультразвуковые установки различного применения. Диапазон рабочих температур и давления, конструкция, материал реактора и ультразвукового излучателя могут быть различными. Мощность ультразвукового генератора и преобразователя определяется требуемыми Рисунок 6 - Фото реактора ультразвуковой установки (Патент на полезную модель №44540, «Ультразвуковая установка для обработки жидких сред» [68] Результаты проведенного исследования возможностей использования кавитационной переработки жидких сред показывают, что внедрение гидродинамической кавитационной технологии позволит значительно повысить эффективность переработки растительного сырья и отходов сельского хозяйства России.

1.2. Котельные мазуты и водомазутные эмульсии (ВМЭ) как дисперсная среда композитных топлив 1.2.1. Основные процессы и механизмы приготовления водомазутных эмульсий Задача использования обводненного жидкого топлива может была решена путем сжигания его в виде водотопливных эмульсий [1, 2]. При этом с целью поддержания высокой экономичности топливосжигающей установки содержание воды в эмульсии не должно превышать 15 %. Для обеспечения этого условия необходима разработка оптимальной технологии хранения и подготовки к сжиганию обводненного жидкого топлива. Основой разработки такой технологии служит исследование процессов, происходящих в обводненном мазуте при его хранении. Наиболее значимыми из этих процессов являются осаждение и коалесценция водной фазы, которые связаны с ее движением в топливе. При этом с точки зрения технологии подготовки топлива к сжиганию желательно, минимизация крупных капель воды, и стабилизация мелких капель в объеме топлива в виде эмульсии[61,63].



Согласно формуле Стокса скорость осаждения капли радиусом R, м, в сплошной сред, где д и с — плотности дисперсной фазы и сплошной среды, кг/м3; с — кинематическая вязкость сплошной среды, м2/с; g - ускорение свободного падения, м/с Из формулы (2) видно, что на процесс осаждения (как и на процесс стабилизации водной фазы в топливе) влияют три основных фактора: разность плотностей воды и топлива, вязкость топлива, размер капель воды в топливе.

Поскольку плотности воды и мазута примерно равны, а плотность высоковязких мазутов может даже превышать плотность воды, то первый фактор практически не влияет на процесс осаждения, а в большей мере способствует стабилизации находящейся в топливе воды (рис. 7).

Изменение вязкости топлива тесно связано с температурой его хранения или отстаивания в процессе подготовки к сжиганию. Для высоковязких мазутов влияние этого фактора существенно ограничивается как по техникоэкономическим показателям (высокая температура подогрева и длительность ее поддержания), так и по требованиям безопасности (возможность вспенивания и выброса обводненного мазута из резервуара). Таким образом, практически воздействовать на процессы осаждения и коалесценции водной фазы, присутствующей в мазуте, можно в основном путем изменения размеров капель воды, определяемых качеством ее диспергирования в топливе.

Оценка дисперсности воды в мазуте показала, что размеры основной массы капель воды составляют 0,5-3 мм, отдельных включений – 6-8 мм. Результаты исследований отстаивания водомазутной эмульсии с такой дисперсностью при t=600C приведены на рис.1 в виде зависимости показателя Gо/Gн от времени отстаивания, где Gн и Gо — количество воды, введенной в мазут, и отстоявшейся, кг/кг мазута [1,2,8,9,13,38,44,45-47].

Из рис.1.7. видно, что осаждение воды из мазута наиболее интенсивно происходит в течение первых 80-100 ч, после чего этот процесс замедляется. Было выявлено образование прослоек и крупных включений воды на разных уровнях хранящейся эмульсии, что, по-видимому, объясняется полидисперсностыю исходной эмульсии. Проведенный опыт характеризует одну из применяемых в реальных мазутных хозяйствах котельных технологических операций - отстой топлива от воды. Результаты опыта свидетельствуют о невысокой ее эффективности, поэтому применение отстоя топлива от воды оправдано лишь при высокой степени обводнения мазута (Wн 15 %).

Обработка водомазутных смесей в мешалке и диспергаторе позволяла приготовлять эмульсии с различной дисперсностью, а также исследовать влияние этого фактора на процесс хранения эмульсий. Получаемые с помощью диспергатора эмульсии характеризовались высокой однородностью и были тонкодисперсными:

размеры капель воды в мазуте составляли 1 - 10 мкм, причем около 60% из них имели размер 4 мкм. С помощью мешалки получали водомазутные эмульсии с широкими диапазонами изменения дисперсности: 10-200 мкм при dср.н = 40 мкм, 200мкм при dср.н.=320 мкм. Полный дисперсионный состав получаемых эмульсий приведен в табл. 1 (в качестве показателя дисперсности эмульсии принят средний арифметический диаметр dср) [137-139].

Таблица 2 - Дисперсионный состав (dср, мкм) водомазутной эмульсии 1.2.2. Физико-химические параметры ВМЭ согласно РД Мазут - жидкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350—360°С. Мазут - это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000), нефтяных смол (с молекулярной массой 500—3000 и более), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Мазут имеет разные физико-химические свойства, которые зависят от химического Рисунок 8 - Фото - первичная топливная смесь Водомазутная эмульсия представляет собой сложную систему, состоящую из топлива, в которой относительно равномерно в виде очень маленьких частиц распределены капельки воды. Хотя температура поверхности капли жидкости в процессе ее испарения несколько меньше температуры кипения, однако разница между температурой поверхности частицы топлива и температуры кипения воды, заключенной внутри капли топлива, остается весьма существенной и достигает 70— 200°С. [140,141-144]. Благодаря этому микрочастицы воды, находящиеся внутри капли эмульсии в процессе ее прогрева быстрее превращаются в парообразное состояние и образуют паровые пузырьки, причем та пленка топлива вследствие испарения с поверхности капли непрерывно уменьшается по толщине.

В момент времени, когда давление стремящихся расшириться водяных паров внутри частицы превысит уже ослабевшие, вследствие ее нагревания, силы поверхностного натяжения пленки, происходит разрушение поверхности капли, т.е. микровзрыв. При взрыве частиц эмульгированного топлива непосредственно в топочном объеме (внутритопочное дробление) происходит дополнительное перемешивание воздуха и паров топлива вследствие того, что они разлетаются в различном направлении. Это не только ускоряет процесс горения, но и позволяет сжигать топливо с меньшими коэффициентами избытка воздуха и меньшей максимальной температурой факела, подавляет процессы образования оксидов азота при той же полноте сгорания топлива [141-144].

Наиболее значимыми для процессов определения стабильности ВМЭ являются осаждение и коалесценция водной фазы, которые связаны с ее движением в топливе. При этом с точки зрения технологии подготовки топлива к сжиганию желательно обращать внимание как на осаждение крупных капель воды, так и стабилизацию мелких капель в объеме топлива в виде эмульсии.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 22 |
 





 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.