ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ дЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Крюковська Ольга Анатоліївна

УДК 664.2.032.1

СТВОРЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ГІДРОТЕРМІЧНОГО

ЕМУЛЬГУВАННЯ ПАЛИВНИХ ЕМУЛЬСІЙ

05.14.06 – “Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпродзержинськ - 2006

Дисертація є рукописом

Робота виконана на кафедрі промислової теплоенергетики Дніпродзержинського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: Павленко Анатолій Михайлович

доктор технічних наук, професор;

професор кафедри промислової теплоенергетики

Дніпродзержинський державний технічний

університет, МОН України

Офіційні опоненти: Рядно Олександр Андрійович

доктор технічних наук, професор;

проректор з наукової роботи,

завідуючий кафедрою вищої математики

Дніпропетровська державна фінансова академія

Міністерства фінансів України

Радченко Юрій Миколайович

кандидат технічних наук, доцент;

доцент кафедри теплотехніки та екології

металургійних печей

Національна металургійна академія України,

МОН України

Провідна установа: - Національний технічний університет

„Харківський політехнічний інститут” , м. Харків

Захист відбудеться 16.05.2006 р. о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.091.01 Дніпродзержинського Державного Технічного Університету МОН України за адресою: 51918, м.Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпродзержинського Державного Технічного Університету МОН України за адресою: 51918, м.Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2.

Автореферат розісланий: 07.04. 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 09.091.01

кандидат технічних наук В.Ю. Болотов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Важливим завданням розвитку промисловості України є енергозбереження. В сучасних умовах лише удосконаленням існуючих технологій спалювання можливо вирішити проблему енергозбереження, так як вартість палива суттєво зростає та все гостріше стає проблема екології промислового виробництва. Зрозуміло, що перспективним напрямком зниження енергоємності виробництва є розробка нових паливних составів, розробка технологій підготовки паливних сумішей до спалювання, вивчення їхніх теплофізичних характеристик з метою прогнозування умов горіння, зниження витрат палива, зменшення кількості шкідливих викидів з продуктами згоряння.

У літературних джерелах наводяться несистематизовані результати досліджень водо-мазутних емульсій, але в усіх роботах підкреслюються якісні ефекти, отримані при спалюванні такої рідини.

Актуальність роботи визначається в дослідженні стійкості водо-мазутних емульсій, теплофізичних характеристик та їх зв’язку з структурними параметрами емульсії; закономірності тепломасообмінних процесів, які відбуваються при нагріванні, скипанні та спалюванні водо-паливних емульсій; вивченні вихрових ефектів з точки зору створення стійких водо-паливних емульсій з високим ступенем дисперсності, розробці ефективних технологій та обладнання для диспергування та спалювання емульсій.

Зв`язок роботи з науковими программами і науковими напрямками.

Тематика роботи відповідає визначеним Законом України пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки, зокрема, п.7 “Нові технології і ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості і агропромисловому комплексі”. Матеріали дисертації є узагальненням наукових результатів отриманих автором за період з 2002 по 2006 рік при виконанні науково-дослідних робіт згідно до плану НДР Дніпродзержинського державного технічного університету. Автор брав участь у виконанні науково-дослідних робіт: “Створення наукових основ для розробки устаткування для комплексних систем, що забезпечують відділення маслених фаз від водяних МОР” (202/02ДБ,0101U001776); “Розвиток теорії тепломасообміну в дисперсних середовищах” (202/03ДБ, 0126U005749); “Розвиток теорії тепломасообміну в нанотехнологіях обробки дисперсних середовищ” (202/05ДБ, 0184U006634). Тема дисертації відповідає науковим напрямкам кафедри “Промислова теплоенергетика” та науковому напрямку спільної наукової лабораторії „Теплофізика дисперсних систем” (ДДТУ та ІТТФ НАН України).

Метою і задачами дослідження є розробка технології та обладнання гідротермічного емульгування паливних емульсій на базі отриманих експериментальних та теоретичних залежностей процесу термічного та гідродинамічного подрібнення рідких дискретних фаз.

Об`єктом дослідження є процеси гідротермічного подрібнення рідини в вихровому шарі.

Предметом дослідження є:

· теплофізичні характеристики водо-мазутного палива та їх зв’язок зі структурними параметрами емульсії;

· процеси тепломасообміну та скипання водо-мазутних емульсій;

· процеси формування дисперсної рідини в вихровому шарі та їх зв’язок з енергетичними характеристиками емульсії.

Методи дослідження. В роботі використані сучасні експериментальні та розрахункові методи дослідження теплофізичних властивостей та структури емульсій, які дають можливість встановити закономірності тепломасообмінних явищ та стійкості водо-мазутних емульсій. Дані вимірювання виконані з використанням оптикофотографічних приладів з різним ступенем збільшення. Фізичне моделювання мало в основі створення спеціального лабораторного обладнання для дослідження кінетики тепломасообміну. Дослідження параметрів гідротермічного впливу на структурну властивість емульсії виконувалась на оригінальному лабораторному обладнані кафедри промислової енергетики ДДТУ. Обробка отриманих даних виконувалась з використанням чисельного експерименту на ЕВМ. Теоретичні дослідження включали в себе відомі методи математичної фізики та розроблені методики розв’язання задач. Всі експериментальні визначення виконані з використанням перевірених приладів.

Наукова новизна отриманих результатів.

· Вперше встановлено функціональний зв’язок між структурними параметрами водо-мазутної емульсії та її теплофізичними характеристиками і структурною стійкістю, що дозволило розробити технологію виробництва паливних емульсій з прогнозованими теплофізичними властивостями.

· Вперше встановлено функціональний зв’язок між структурними параметрами водо-мазутної емульсії та інтенсивністю тепломасообмінних процесів, що дозволило прогнозувати приблизний склад продуктів згорання, хід технологічних процесів в камері згорання, а також оптимізувати їх інтенсивність.

· Вперше визначено умови гідротермічного емульгування в вихровому шарі.

· Вперше запропоновано співвідношення, які дозволяють пов’язати гідродинамічні та геометричні характеристики вихрового емульгатора, що дозволяє оптимізувати конструкцію апарату.

Практичне значення отриманих результатів.

· Розроблено та впроваджено в промисловості апарат для отримання паливних емульсій.

· Створено та експериментально апробовано технології отримання стійкої водо-мазутної емульсії.

· Створено теоретичні основи для проектування оптимізованих вихрових змішувачів.

Особистий внесок здобувача. В роботі [1] автором запропонована фізична модель вихрової течії з відведенням маси; в роботі [2] запропоновано алгоритм оцінки руху потоку в камері закручування; в роботі [3] досліджено технологію роботи камери змішування, при якій досягається максимальний ступінь дисперсності емульсійної середи; в роботі [4] автору належить постановка задачі гідродинаміки вихрового пристрою; в роботі [5] проведені експерименти дослідження пристрою гідротермічного диспергатора при оптимальних режимах роботи з точки зору енерговитрат на процес емульгування; в роботі [6] розроблено схему деемульгування з вихровим розшаруванням; в роботі [7] проведені дослідження тепломасообміну в локальних зонах багато компонентних часток .

Апробація роботи. Основні наукові результати досліджень, що складають суть даної роботи, обговорювались і одержали позитивні оцінки на наступних науково-практичних конференціях: на IV міжнародній конференції “Проблеми економії енергії” (Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2003г); на III міжнародній конференції “Проблеми промислової теплотехніки” (Інститут технічної теплофізики НАНУ, Київ, 2003г); на II міжнародній конференції “Енергія із біомаси” (Інститут технічної теплофізики НАНУ, Київ, 2004г); на IV міжнародній конференції “Ресурси природних вод Карпатського регіону / Проблеми охорони та раціонального використання” (Національний університет “Львівська політехніка”, Львов, 2005г); на III міжнародній конференції “Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні” (Національний університет “Львівська політехніка”, Львов, 2005г).

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 8 статтях спеціалізованих наукових видань, 5 тезах збірок наукових конференцій. Отримано патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку джерел 111 найменувань і 4 додатків. Обсяг роботи складає 141 сторінок машинописного тексту, 40 рисунків,15 таблиць, загальний обсяг дисертації складає 156 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність роботи, визначено наукову новизну, практичне значення та реалізацію результатів дослідження, наведені відомості про апробацію та публікації.

У першому розділі роботи, згідно з викладеними метою та задачами роботи формулюється уявлення про предмет дослідження – удосконалення процесів гідротермічного емульгування паливних емульсій. Наводиться аналіз та класифікація існуючих технологій та апаратів емульгаторів, які були розглянуті в публікаціях різних авторів, та використовуються на виробництві, їх недоліки (висока енергоємність, металоємкість). Детально розглянуто причини підвищення енерговитрат при використанні обводненого палива для спалювання в котлоагрегатах та печах, а саме: забруднення поверхонь нагріву, збільшення недопалювання палива, зриву факела, аварійному припиненню роботи обладнання.

Комплексним рішенням наведених проблем є необхідність попередньої підготовки палива. Її сутність в руйнуванні квазікристалічних структур, які є в паливі, та розподілення води по всьому об’єму.

У цьому розділі розглянуто також залежність якості емульсії та її сталості від наступних факторів: дисперсності, в’язкості, концентрації поверхнево-активних речовин, температури підігріву, співвідношення густини складових паливної емульсії.

Розглянуто та проаналізовано екологічні наслідки спалювання палива в промисловості, зокрема спалювання обводненого мазуту в енергетичній галузі. З’ясовано, що саме використання емульгованого палива дає можливість зменшити вихід деяких шкідливих компонентів в продуктах згорання вдвічі, а то і втричі одночасно зменшивши енерговитрати у відповідній технології.

Рис. 1. Пристрій для отримання емульсій: 1-апарат, 2-вхід базової рідини; 3,6-нагнітачі; 4- нагрівач; 5-вхід дискретної рідини; 7-вихідний отвір.

У другому розділі дисертаційної роботи проведено дослідження процесів гідротермічного та термодинамічного емульгування.

Розроблений та запатентований пристрій для отримання емульсій, показаний на рисунку 1.

Для даного пристрою мають місце два варіанти реалізації процесу емульгування, які визначають технології та конструктивне виконання апарату (рис.2).

В обох схемах введення дискретної фази здійснюється в вихровий шар у зони з максимальними градієнтами швидкості або тиску. Розміри зон гідротермічного емульгування, визначено експериментально на лабораторному стенді.

На схемі 2а вхід дискретної рідини розташовано на межі максимуму окружної складової швидкості на відстані Н=(0,1…0,4)R. Встановлено, що використання плоского емульгатора (при співвідношенні товщини вихрової камери та діаметра 3D ) забезпечує постійні величини швидкості та тиску по параметру .

Рис. 2. Схеми диспергаторів з

а) внутрішнім та б) зовнішнім підводом вторинної фази в зону емульгування.

На схемі 2б реалізовано подачу дискретної фази у зону зі зниженим тиском, де в області стоку відбувається плівкове гідродинамічне подрібнення дискретної фази.

Якщо рідина спочатку перегріта відносно термодинамічних параметрів об’єму, у який виконується стік, то при досягненні термодинамічних режимів насичення термолабільної частини початкової емульсії вона буде скипати. Таким чином реалізується додаткове гідротермічне емульгування, яке забезпечує розміри часток вторинної фази у межах 5-20 мкм.

Для створення методики розрахунку вихрової камери емульгатора у другому розділі дисертації вирішено задачу вихрової течії базової рідини з введенням вторинної фази, яка врахована функцією ?(r,?,z) (r – радіус вихору; ,z – кутова та осьова координати) та визначена експериментально.

Рівняння руху вихрового потоку з підводом маси дискретної фази при течії у плоских камерах (h3d):

(1)

Граничні умови: (2)

; . (3)

Рішення задачі з урахуванням (3) представлено у виді суми чотирьох рішень

де Фi(r,?,z), I=1..4, рішення граничних задач.

На основі рівняння (3) отримано результат в графічному вигляді:

Рис. 3. Рішення системи рівнянь

(розподіл швидкостей по радіусу у безрозмірному вигляді).

Графіки на рис.3 відображають змінення швидкості при підводі дискретної фази та визначають радіус вихрової камери, де досягнуто максимальні значення швидкості.

У запропонованій технології гідротермічного емульгування подрібнення дискретної фази виконується завдяки динамічним ефектам скипання термолабільної фази при підводі її через патрубок 5 (рис.1). Тому у розділі 2 вирішено задачу теплопровідності для циліндричної багатокомпонентної частки:

(4)

з умовами , (5)

(6)

де: – коефіцієнт теплопровідності дискретної фази; – коефіціент тепловіддачі; с – питома теплоємкість; – густина дискретної фази.

При витіканні дискретної фази у вихровому шарі струмінь подрібнюється з утворенням багатошарових часток з шаром ПАР, для яких задача нестаціонарної теплопровідності має вигляд:

; ; (8)

; ; (9)

; ,

де: Сi, i, ?i (i=1,3) – питомі теплоємкості, густина та коефіцієнти теплопровідності відповідно.

На рисунку 4 показано в графічному вигляді рішення нестаціонарних задач теплопровідності для циліндричної багатокомпонентної частки (а) та круглої багатошарової частки (б).

Рис. 4. Залежність температури дискретної фази від тривалості періоду теплообміну.

Отриманні рішення дозволяють визначити гідродинамічні характеристики течії та термодинамічні умови емульгування, виконувати оптимізацію робочих процесів та на їх основі розробити методику кількісного визначення параметрів вихрового апарату.

У третьому розділі дисертації експериментально досліджені енергетичні та витратні характеристики вихрового емульгатора, знайдені умови ефективної течії рідини (рівняння 10), витрати рідини (рівняння 11), гідродинамічну характеристику апарату (рівняння 12) :

,

де PM – критичний тиск, який визначено експериментально.

Залежність тиску від витрати з урахуванням підведеного об’єму дискретної фази представлено на рис. 5.

Рис.5. Залежність тиску від витрати та розмірів вихідного отвору в вихровій камері при:

1 – = 0,1; 2 – = 0,2; 3 – = 0,3; 4 – = 0,4; 5 – = 0,5.

(11)

де: – коефіцієнт опору апарату:

(12)

(13),

де: m – кількість вхідних отворів; fk – площа вхідного отвору; – коефіцієнт відновлення швидкості; G(?) – витрата рідини (сумарна); Rk – турбулентне число Рейнольдса.

Гідравлічна характеристика емульгатора уточнювалася з урахуванням підведеної дискретної фази на визначеному радіусі за допомогою рівняння (14) та функції R = f(Rk) (рис. 6) :

(14)

Рис. 6. Залежність гідравлічної характеристики від розмірів камери закручування.

В результаті розроблено методику розрахунку вихрової камери емульгатора.

У четвертому розділі узагальнено отримані при вивченні процесу гідротермічного емульгування теоретичні та експериментальні дані та на цій базі розроблено технології виробництва паливних емульсій.

Для вивчення та дослідження комплексного впливу гідродинамічних та термодинамічних параметрів на ступінь подрібнення дискретної фази на лабораторному обладнанні виконувалися експериментальні роботи. У якості керуючих параметрів вибрані температура (Х1), концентрація емульгатора (Х2), відносна швидкість потоку (Х3) та концентрація дискретної фази (Х4). Керований фактор - диаметр часток (Y). Експериментальні дослідження виконувалися з застосуванням методів планованої статистичної обробки результатів вимірів. Для обработки результатов з метою побудови моделі залежності між “Y” та Х1, Х2, Х3, Х4 використовано методику парного та багаточисельного регрессійного аналізу.

Для визначення найкращої множньої регрессійної моделі залежності між “Y” та Х1, Х3, як найбільш впливових факторів, побудовано дві моделі: лінійна та нелінійна, які ураховують найкращі парні залежності між “Y” та Х1, Х3 . Обидва ці фактори були включені в модель, що в нормальній формі мала вигляд:

Y =251,10-9,75 Х1+0,08 Х12+11145,91 Х3-1,1477

Для оптимізації процесу гідротермічного подрібнення вторинної фази за допомогою цього рівняння отримано “критичну” точку:

. (15)

У роботі приведено і більш детальні моделі зазначеного комплексного впливу робочих технологічних параметрів на “Y”, за допомогою чого можна пов’язати отримані в роботі розрахункові та експериментальні залежності щодо визначення основних проектних величин, розроблених технологій та обладнання.

Стійкість отриманої емульсії має максимальну залежність від швидкості течії в зоні основного вихору на відстані Н=(0,1…0,4)R (рис.1), про що можливо сказати спираючись на графіки на рисунках 7,8.

Рис. 7. Залежність стійкості Рис. 8. Вміст води в частках

емульсії від дисперсності різного розміру

Слід відзначити і деякі особливості отриманих паливних емульсій. Основна характеристика ВПЕ – кінетика застування. Експериментально була встановлена температура застування ВПЕ з вмістом води 30 % та ПАР 10 %, яка дорівнює 37С. Така емульсія практично не втрачала стійкості, до того й після тривалого відстою її структура не притерпіла будь-яких змін. Розшарування та збільшення часток води не відбувалося навіть при нагріванні емульсії до 80 – 90С, хоча в’язкість при таких температурах значно зменшується.

Ще один фактор, який відображає кінетику розшарування – ступінь дисперсності. Встановлено, що паливна емульсія не розшаровується навіть без використання емульгатора якщо середній діаметр часток дискретної фази знаходиться в діапазоні 5-10 мкм.

При зростанні ступеню дисперсності та рівномірності розподілення дискретної фази в усьому об’ємі системи значно зростає інтенсивність протікання теплофізичних та фізико-хімічних процесів при обробці середи. Розглянуті технології та обладнання дозволяють не тільки отримати мінімальну дисперсність в наведеному діапазоні розмірів часток (рис.9), але і дають можливість контролювати концентрацію, розмір часток, в’язкість, сталевість емульсії.

а) б)

Рис.9. Розподілення часток води по розмірам у:

а) відомих системах емульгування;

б) апараті гідротермічного емульгування.

У п’ятому розділі наведено досвід використання розроблених технологій та пристрою для отримання паливших емульсій на підприємствах, представлено робочі режими емульгування, техніко – економічні характеристики роботи промислового обладнання, режимно – екологічні карти парових котлів та результати впровадження розробки.

За допомогою планованого експерименту виконані дослідження комплексного впливу факторів на стійкість (“у”) емульсій: х1 –концентрація дисперсної фази; х2 –концентрація емульгатора; х3 – діаметр частки; х4 – температура паливної емульсії. Для побудови моделі залежності “у” від хк (к = 1…4) отримані необхідні експерементальні дані. Рівні факторів та результати експериментів наведені у дисертації.

Для побудови достовірної багатокомпонентної регресійної моделі система факторів була провірена на мультиколініарність, а для визначення форми залежності факторів у моделі був визначений взаємозвязок кожного із факторів хк з показником “у”. З цією метою були визначені парні коєфіціенти кореляції між “у” та хк , при к = 1…4.

Так як всі коєфіціенти детирмінації R2 приблизно рівні, то для спрощення розрахунків в якості моделі залежності “у” от х була прийнята лінійна. Провірка по критерію Фішера показала її адекватність, тому модель залежності “у” от х3, х4 має вигляд:

(16)

Ця модель може бути використана для прогнозування стійкості емульсії при зміненні діаметра частки х3 та температури х4.

Враховуючи зниження теплоти згоряння паливної суміші, використання ВПЕ дає можливість суттєво знизити втрати теплоти з відхідними газами та хімічним недопалом палива, що видно з графіків на рисунках 10,11. Аналізуя рисунок 12, підкреслюємо, що при спалюванні ВМЕ значно знижується концентрація шкідливих речовин в продуктах згорання, що є одним із визначаючих факторів масштабного промислового використання такого палива. Найбільший екологічний ефект реалізується при рівні водної фази до 40 %. Найбільший економічний ефект, а саме витрата умовного палива на 1 МДж теплоти, ККД котоагрегата, та одночасно зниження газових викидів забеспечується емульгуванням мазуту з вмістом води від 10 до 20 % (рисунок 13).

Рис. 10. Залежність витрати (а) та температури підігріву (б) мазуту від вмісту води

Ще одним фактором, який підтверджує перспективність використання ВМЕ, є зростання термінів експлуатації та ефективності топочного обладнання, так як при спалюванні емульсії частина її крапель досягає поверховостей нагріву та вибухає на них, що забезпечує руйнування накипу та очистку поверхонь від старих нагарів.

Рис. 11. Залежність втрат теплоти з продуктами згоряння (а) та хімічним недопалом (б)

від вмісту води в водо-мазутній емульсії

Рис. 12. Концентрація СО (а), NО2 (б), СО2 (в), SO2 (г) в продуктах згоряння,

приведена до нормальних умов(=1)

Рис.13. Залежність питомої витрати умовного палива, яка затрачується на виробництво 1ГДж теплоти (а) та ККД брутто котельної установки (б) від вмісту води в ВМЕ

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що використання паливної емульсії підвищує ефективність процесів спалювання в теплоагрегатах та значно покращує екологічний стан у відповідному регіоні.

2. Використання апаратів диспергаторів доцільно використовувати лише під час підготовки палива до спалювання. Цей висновок може бути заключним, він має метою визначення нових напрямків дослідження щодо збільшення стійкості паливних сумішей з глибоким вивченням природи серед, їх теплофізичних характеристик та особливостей емульгування.

3. Отримані дані свідчать про те, що присутність дискретної фази з теплофізичними характеристиками, які відрізняються від параметрів базової рідини, при правильному підборі емульгатора може змінювати теплофізичні характеристики отриманої водо-мазутної емульсії.

4. За рахунок високоефективного мікро дрібнення часток мазуту при вибуховому скипанні часток води суттєво збільшується поверхня контакту палива з окислювачем, що забезпечує: а) зниження хімічного недопалу; б) зниження концентрації шкідливих викидів в атмосферу до 45 %; в) зниження температури відхідних газів; г) збільшення коефіцієнту корисної дії котлоагрегату на 2 – 3 % та економію палива; д) повну утилізацію замазучених вод, тому що вони цілком використовуються для виготовлення емульсії; е) зниження температури підігріву палива перед пальниками та зменшення нагару на поверхнях.

5. Розроблено дві принципово нові технології отримання ВМЕ, які забезпечують гідродинамічне та термодинамічне емульгування та в порівнянні з термодинамічним потребує менші витрати енергії (на 25 – 30 %) при досягненні однакового ступеню дисперсності.

6. Визначено витратні характеристики, які відображають кінетику подрібнення дискретної фази, а саме її тривалість.

7. Експериментально встановлено, що при підводі дискретної фази в вихровий шар змінюються швидкість та тиск, що не враховують відомі методи визначення цих параметрів. Така трансформація гідродинамічних характеристик значно впливає на робочі режими обладнання. Тому математичний опис цього процесу доповнений функцією зміни маси потоку, яка дозволяє об’єднати гідродинамічні та витратні параметри вихрового емульгатора.

8. Запропоновано гідродинамічні характеристики апарата, які дозволяють визначити найбільш ефективні режими емульгування.

9. В результаті обробки експериментальних даних методами регресивного аналізу отримано моделі, які зв’язують ефективність подрібнення з гідродинамічними та енергетичними характеристиками апарата, а також оптимальні режими процесу гідротермічного подрібнення вторинної рідини.

10. Підтверджено експериментально в виробничих умовах, що незважаючи на зниження теплоти згорання емульсії використання ВМЕ дозволяє знизити втрати теплоти з відходящими газами та хімічним недопалом палива, значно зменшити концентрацію шкідливих речовин в продуктах згорання, що є визначаючим фактором промислового використання ВМЕ.

Основні умовні позначки

V,W,U – радіальна, кругова, осьова складові швидкості; v – швидкість середи; Vc – об’єм середи; dж – діаметр дисперсної фази; ?с – густина середи; ?с – динамічна в’язкість середи; – міжфазовий натяг; r – радіус вихору; r1 – зовнішній радіус вихору; rс – радіус сопла; ?, z – кутова та осьова координати; lc – довжина вихору; ? – тимчасова координата; ? – кінематична в’язкість; ? – коефіцієнт теплопровідності; а – коефіцієнт температуропроводності; с – питома теплоємкість; ? – функція Гріна; ?(z) – вагова функція; Gв – витрата води; ? – опір апарату; вх – опір вхідних каналів; ?тр – опір тертям; ? – коефіцієнт відновлення швидкості; Re –число Рейнольдса; fк – площа вхідних отворів; m – кількість отворів; Rк – внутрішній радіус камери змішування; h – висота камери змішування; Н – висота апарату; Ar – гідродинамічна характеристика апарату; В – геометрична характеристика вихрової камери; Q – напірна характеристика; Р – тиск середи; ? – період часу; ПАР – поверхнево-активна речовина; ВМЕ – водо-мазутна емульсія.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Павленко А.М., Крюковська О.А. Гідротермічне емульгування // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Випуск 3(26).- Дніпропетровськ, 2003. – С.135 – 141.

2. Павленко А.М., Крюковська О.А. Масообмін у циклонних камерах // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Випуск 6(29).- Дніпропетровськ, 2003. – С.97 – 103.

3. Павленко А.М., Крюковська О.А. Розвиток енергоощадних методів гомогенізації // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Випуск 1(30).- Дніпропетровськ, 2004. – С.135 – 141.

4. Черніченко В.Е., Павленко А.М., Крюковська О.А. Моделювання процесу підготовки мазутних палив // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. Зб.наукових праць.- Випуск 3(26).- Кременчук, 2004. – С. 159 – 161.

5. Черніченко В.Е., Павленко А.М., Крюковська О.А. Моделирование устойчивости эмульсий с целью оптимизации технических процессов их использования // Інформаційні системи і моделювання. Вісник КДПУ.- Випуск 1/2005 (30).- Кременчук, 2005. – С. 2005 – 209.

6. Крюковская О.А., Слипченко Н.В. Деэмульгирование ЭТС и СОЖ методом вихревого расслаивания // Ресурси природних вод Карпатського регіону. - Львів, ЛвЦНТЕІ, 2005. – С. 160 – 162.

7. Павленко А.М., Крюковская О.А. Энергетические характеристики вихревого апарата // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Випуск 4(39).- Дніпропетровськ, 2005. – С.84 – 89.

8. Крюковская О.А. Экосовместимая технология эмульгирования // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць.- Випуск 1(36).- Дніпропетровськ, 2005. – С.33 – 38.

9. Патент України на винахід 67300А F23G5/00,7/05 Пристрій для отримання ма-стильно-охолоджуючих рідин / Павленко А.М., Крюковская О.А.- № 2003087903; Заявл. 21.08.2003; Опубл.15.06.2004; Бюл. № 6.

АНОТАЦІЯ

Крюковська О.А. “Створення технології гідротермічного емульгування паливних емульсій”. – Рукопис.

Дисертація присвячена створенню нової технології гідротермічного емульгування паливних емульсій та розробці відповідного обладнання. Проведений огляд сучасних напрямків розвитку енергетики України з метою створення нових видів палива та обладнання для його отримання і спалювання. Проведені у промислових умовах експериментальні дослідження, дозволили уточнити розроблену методику проектування створеного апарату для емульгування та технології його виконання. Вивчено закономірності вихрового руху в камері змішування, що дозволило сформулювати фізичне уявлення про характер та структуру руху базової рідини. Уточнено витратні характеристики, які дозволяють визначити кінетику дрібнення дискретної фази. Отримано залежності для визначення гідродинамічних та термодинамічних режимів роботи нового обладнання. Зміна витратних характеристик апарата внаслідок підводу дискретної рідини в вихровий прошарок супроводжується відповідною зміною полів швидкості та тиску. Така трансформація гідродинамічних характеристик значно впливає на робочі режими обладнання. Тому математичний опис цього процесу доповнений функцією зміни маси потоку, яка дозволяє об’єднати гідродинамічні та витратні параметри вихрового емульгатора Запропоновано гідродинамічні характеристики апарата, які дозволяють визначити найбільш ефективні режими емульгування. Розроблено технологію, яка забезпечує дисперсність часток близько 10 мкм та дає можливість контролювати концентрацію, розмір частки, в’язкість, сталевість ВМЕ, а також забезпечує значний екологічний ефект.

Ключові слова: Гідротермічне емульгування, паливна емульсія, технологія емульгування, вихровий диспергатор, теплообмін, масообмін, теплофізичні характеристики водо-мазутної емульсії.

АННОТАЦИЯ

Крюковская О.А.. “Создание технологии гидротермического эмульгирования топливных эмульсий”. – Рукопись.

Диссертация посвящена созданию новой технологии гидротермического эмульгирования топливных эмульсий и разработке соответствующего оборудования. Осуществлен обзор современных тенденций развития энергетики Украины в части создания новых видов топлива и оборудования для его получения и сжигания. Проведенные в промышленных условиях экспериментальные исследования позволили на основании полученных данных уточнить разработанную методику проектирования предложенных в работе технологии и аппарата для эмульгирования. Изучены закономерности вихревого движения в камере смешения, что позволило сформулировать физическое представление о характере и структуре течения базовой жидкости. Уточнены расходные характеристики, позволившие определять кинетику дробления дискретной фазы. Получены зависимости для определения гидродинамических и термодинамических режимов работы нового оборудования. Изменение расходных характеристик аппарата вследствие подвода дискретной жидкости в вихревой слой сопровождается соответствующим изменением полей скорости и давления. Такая трансформация гидродинамических характеристик существенно влияет на рабочие режимы оборудования, поэтому математическое описание данного процесса дополнено функцией изменения массы потока, позволившей увязать гидродинамические и расходные параметры вихревого эмульгатора. Предложены гидродинамические характеристики вихревого смесителя, позволяющие определить наиболее эффективные режимы эмульгирования. Разработанная технология обеспечивает дисперсность порядка 10 мкм. и дает возможность контролировать концентрацию, размер частиц, вязкость, стабильность диспергируемой эмульсии, а также обеспечивает существенный экологический эффект.

Ключевые слова: Гидротермическое эмульгирование, топливная эмульсия, технология эмульгирования, вихревой диспергатор, теплообмен, массообмен, тепло физические характеристики водомазутной эмульсии.

ANNOTATION

Krukovska O.A. “ Making of technology hydrothermal emulsionize of fuel emulsions ”. - The manuscript.

The dissertation is devoted to making of new technology hydrothermal emulsionize of fuel emulsions and development of the relevant inventory. The review of the modern tendencies of development of energetics of Ukraine in a part of making of new views of fuel and inventory for his receiving and burning is carried out. The experimental researches, conducted in industrial requirements, have allowed on the basis of received sectional to improve a designed procedure of designing of technology, offered in operation, and kettle for emulsification. The legitimacies of a vortex motion in the cabinet of mixture are studied, that has allowed to formulate physical representation about character and structure of fluxion of a base fluid. The account performances which have allowed to define a kinetics of bucking of a discrete phase are improved. The dependences for definition of the magneto hydrodynamic and thermodynamic modes of operation of new inventory are received. The change of the account performances of the kettle owing to an application of a discrete fluid in a vortex band is accompanied by respective alteration of fields of velocity and pressure. Such transformation of the magneto hydrodynamic performances essentially influences operation modes of inventory, therefore mathematical description of sectional process is added by function of change of mass of the stream which has allowed to fasten magneto hydrodynamic and account parameters vortex emulgator. The magneto hydrodynamic performances of the vortex mixer allowing to spot the most effective modes emulsification are offered. The designed technology provides a disparity about 10 microns. Also enables to check concentration, size of particles, viscosity, stability emulsifiable of an emulsion, and also provides essential ecological effect.

Key words: hydrothermal emulsification, fuel emulsion, technology emulsification, vortex emulgator, heat exchange, mass transfer, is warmly physical performances water- black oil of an emulsion.

Підписано до друку 03.04.2006р. Формат 60х90/16.

Папір типографський. Друк різограф.

Умов.друк.арк. 1

Тираж 100 прим. Замов. № 111/06

51918, Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2