В химической и горнорудной промышленности используют аппараты погружного горения (АПГ). Их применяют на производстве калийных удобрений для выпаривания загрязненных жидкостей или концентрированных растворов солей. Во время процесса образуется осадок в виде мелкодисперсных частиц, неуправляемое движение которых приводит к частым засорениям аппарата и длительным простоям оборудования для его очистки. Ученые Пермского Политеха изучили, как появляется и перемещается осадок в установках. Это позволит организовать его движение, снизить риск замедления или прекращения производства.
Статья опубликована в журнале «Вестник томского государственного университета» № 87 за 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Аппараты погружного горения представляют собой устройства для прямого нагрева жидкости. Процесс происходит при ее непосредственном контакте со струей горячих газов, которая разбивается на пузырьки. Нагретая субстанция переливается через порог, попадает в приемную емкость и смешивается с новыми поступающими порциями жидкости, а затем с помощью насоса подается в выпаривающий отсек. Так на дне оседают твердые частицы, забивающие аппарат и мешающие его эксплуатации.
Например, при выпаривании рассола с получением технической соли проблема стоит особенно остро — 1 кубический метр вещества дает 300 килограммов осадка. Если не предотвратить оседание соли на дне установки, ее работу придется прерывать ежесуточно на несколько часов, что неприемлемо для предприятий химической промышленности.
Для контроля засорения установки мелкодисперсными элементами необходимо выявить закономерность их движения. Для этого ученые Пермского Политеха проанализировали модельный случай теплового режима работы аппарата без последующего перехода жидкой фазы в пар.
— Мы провели полноценное трехмерное численное моделирование осаждения частиц и выплескивание пузырьковой фазы, построив траектории их движения. Выявили, что твердые включения некоторое время следуют за потоком жидкости, а затем осаждаются на определенных участках на дне аппарата, — рассказывает Алексей Костыря, аспирант кафедры общей физики ПНИПУ.
— Процент частиц, оседающих в выпарной части установки, возрастает с ростом их диаметра, превышая значение 95% уже при размере частицы 0,12 мм. Это говорит о том, что крупные частицы могут быть выведены из системы только в зоне быстрого восходящего потока жидкости, т.е. вблизи горелки, пока крупные еще витают около свободной поверхности, — комментирует Виталий Демин, профессор кафедры общей физики ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Результаты исследования ученых Пермского Политеха помогут предотвратить неуправляемое осаждение частиц и за счет этого уменьшить риск остановки производственных процессов калийных предприятий из-за очистки оборудования.